Entrainment into high speed air jet blowing out from a hole to stagnant water

静止水中へ噴出する高速空気ジェットに関する実験

小泉 安郎*; 名古 宏平*; 内堀 昭寛 ; 上出 英樹 ; 大島 宏之

Koizumi, Yasuo*; Nago, Kohei*; Uchibori, Akihiro; Kamide, Hideki; Ohshima, Hiroyuki

高速炉蒸気発生器の伝熱管破損時に形成された反応ジェットが隣接伝熱管に衝突すると、液滴衝突エロージョン等の作用により管壁の損耗を引き起こす。本研究では、液滴衝突エロージョンの発生原因である噴流界面からの液滴エントレインメント現象を解明し、評価モデルの構築に資することを目的として、水又はケロシン中に噴出する空気噴流の可視化実験を実施した。高速度カメラで噴流の挙動を撮影した結果、噴流界面からフィラメント状に液体が巻き込まれ、それに伴い液滴が発生する現象が可視化された。また、可視化画像より、液滴発生率や液滴径等、評価モデルの構築に必要となるデータを得た。データを分析し、空気の噴出速度が増大するとともに液滴数も線形に増大すること、測定された液滴径分布は管内環状流に対する相関式によく従うこと、一方エントレインメント率は管内環状流の相関式による予測よりも低いこと等の新たな知見を得た。

Flow visualization experiments of an air jet in liquid were performed. The air jet was blown vertically upward into stagnant water or kerosine in the test vessel from a 1 mm width nozzle which was located at the bottom of the test vessel. A flow state of the jet in the liquid was recorded with a high speed video camera. Experimental result showed that the filament-like ears and wisps were pulled out from the wavy interface between liquid and the air jet. The ears and wisps were broken off and entrained into the air jet. As the air jet velocity increased, the number of entrainments created by the air jet increased lineally. The correlation for the entrainment diameter distribution which was developed for the annular dispersed two-phase flow in a pipe predicted well the present results. Measured entrainment rates were considerably lower than the prediction of the correlation for the annular dispersed two-phase flow in a pipe.