自由界面渦による気相巻き込み現象の定量評価

Evaluation of gas entrainment flow rate by free surface vortex

鳥川 智旦*; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 松下 健太郎  ; 江連 俊樹 ; 田中 正暁  

Torikawa, Tomoaki*; Odaira, Naoya*; Ito, Daisuke*; Ito, Kei*; Saito, Yasushi*; Matsushita, Kentaro; Ezure, Toshiki; Tanaka, Masaaki

ナトリウム冷却高速炉(SFR)において、炉容器上部プレナム内の自由界面で、自由表面渦によるカバーガス巻込みが発生し、巻き込まれたガスが炉心を通過することで炉出力の擾乱を生じる可能性がある。そのため、巻き込みガスの流量を正確に予測するための評価モデルの開発が重要となる。既往研究における単一渦のガス巻込み試験では、一般的に、ガス巻込みは上部タンクの自由表面渦によって引き起こされ、吸込み管によって下部タンクにおいてガスが液体から分離される。しかし、これらの研究では、上部タンクと下部タンクとの間の圧力差の影響に着目していない。本研究では、上下部タンク間の圧力差の影響に着目した単一渦のガス巻込み試験を行った。上部タンクと下部タンクとの圧力差は、下部タンクのガス圧力を変更して制御した。その結果、上部タンクと下部タンクの圧力差が増加するにつれ、巻込みガス流量も増加することが分かった。また、吸込み管内の旋回環状流の可視化により、巻込みガス流量が増加すると吸込み管内の圧力降下が大きくなることが分かり、旋回環状流領域における圧力降下に基づいた評価モデルによってガス巻込み流量を予測できることが示唆される。

On free surface of a sodium cooled fast reactor, gas entrainment can be caused by free surface vortices, which may result in disturbance in core power. It is important to develop an evaluation model to predict accurately entrained gas flow rate. In this study, entrained gas flow rate a simple gas entrainment experiment is conducted with focusing on effect of pressure difference between upper and lower tanks. Pressure difference between upper and lower tanks are controlled by changing gas pressure in lower tank. As a result, it is confirmed that the entrained gas flow rate increases with increasing pressure difference between upper and lower tanks. By visualization of swirling annular flow in suction pipe, it is also observed that pressure drop in suction pipe increases with increase in entrained gas flow rate, which implies that entrained gas flow rate can be predicted by evaluation model based on pressure drop in swirling annular flow region.