Ultrasound measurement of upward liquid film flow in vertical pipe

鉛直管内を上昇する液膜流の超音波測定

和田 裕貴   ; 佐藤 聡 ; 柴本 泰照 ; 与能本 泰介 ; 佐川 淳*

Wada, Yuki; Satou, Akira; Shibamoto, Yasuteru; Yonomoto, Taisuke; Sagawa, Jun*

原子力機構では、液膜のドライアウト・リウェットを液膜の有無を超音波液膜測定によって実現するための技術開発を実施している。原子力工学分野における従来研究では、使用する超音波の搬送周波数が5MHzと比較的低く、最小液膜厚さの限界値が実用的に0.1mm以上の厚い領域に限られていた。さらに、液膜厚さを評価する際の信号処理方法が生データと共に明確に示されておらず、それに伴う測定の不確かさにおける議論が充分ではない。そこで、本研究では15MHzの中心周波数を有する圧電素子と独自の駆動回路を用いた超音波液膜厚さ測定装置を開発した。本発表では、本装置における液膜測定の妥当性の検証結果、鉛直管内を流れる上昇環状液膜流を測定した結果及び管内測定に際する測定部の詳細設計について報告する。

Liquid film detection under boiling transition (BT) condition is one of the important issues to develop models on dry out and rewet including physical characteristics of liquid film behavior. Although a heater surface temperature has been often used in previous studies to detect the position of liquid film front, it is difficult to accurately identify the position from the temperature measurement. Therefore, we are developing a nonintrusive measurement technique for detecting thin liquid film thickness under BT and rewet condition using ultrasound. In this study, we focus on high accuracy measurement for liquid film thinner than 0.1 mm by using high frequency ultrasound of 15 MHz and developing a signal processing method. Liquid film measurement results were found to agree with liquid film thickness correlations. Based on a comparison with constant current method, it is concluded that the present technique gives more reasonable liquid film thickness than constant current method.