Atomization mechanisms of a wall-impinging jet in a shallow pool

浅水プール中壁面衝突噴流における微粒化機構

堀口 直樹   ; 吉田 啓之  ; 金子 暁子*; 阿部 豊*

Horiguchi, Naoki; Yoshida, Hiroyuki; Kaneko, Akiko*; Abe, Yutaka*

非混和液液系における液体ジェットの微粒化は、原子力産業分野の安全上重要である。日本原子力研究開発機構は、数値シミュレーションを用いて非混和性液液系における液体ジェットとして振る舞う溶融燃料の挙動を評価する手法を開発し、数値シミュレーションと実験により浅水プール中の液体ジェット挙動を調査してきた。本論文は、壁面衝突液体噴流における微粒化の機構を明らかにする。ここでは、非混和液液系の浅水プール中壁面衝突液体噴流における微粒化挙動について、数値シミュレーションと分散相追跡法を用いて、液滴形成とその流れ場の観点から研究した。その結果、壁面衝突液体噴流に見られる液膜流における液滴形成は、三つのパターンがあることを明らかにし、液滴形成直後の液滴物理量を取得し、無次元数を用いた液滴形成の理論的基準領域を開発した。液滴形成パターンとこの領域との比較により、パターンの特徴と発生源に応じた液滴形成機構を解明した。

The atomization of a liquid jet in an immiscible liquid-liquid system is significant for the safety in the nuclear industry field. The Japan Atomic Energy Agency has developed an evaluation method of a melt fuel behavior as a liquid jet in an immiscible liquid-liquid system for subsequence using mechanistic numerical simulation and has investigated liquid jet behavior in a shallow pool through numerical simulations and experiments. The paper clarifies the atomization mechanism in the wall-impinging liquid jet. Herein, the atomization behavior in the wall-impinging liquid jet in a shallow pool in an immiscible liquid-liquid system was studied in terms of droplet formation and flow field using numerical simulation and the dispersed-phase tracking method. The results show that the droplet formation in the liquid film flow of the wall-impinging liquid jet had the three patterns, and we obtained the droplet properties immediately after droplet formation and developed the theoretical criterion regions using the dimensionless numbers for droplet formation. We characterized the patterns by comparing them with the regions and elucidated the droplet formation mechanisms depending on their sources. Moreover, we elucidated that the relationship between droplet formation as the local behaviors of the jet and atomization as the whole behavior.