CFD-based analysis and experimental study on gas entrainment phenomenon due to free surface vortex

自由表面渦によるガス巻込み現象についてのCFD解析および実験研究

Song, K.*; 伊藤 啓*; 伊藤 大介*; 大平 直也*; 齊藤 泰司*; 松下 健太郎  ; 江連 俊樹 ; 田中 正暁  

Song, K.*; Ito, Kei*; Ito, Daisuke*; Odaira, Naoya*; Saito, Yasushi*; Matsushita, Kentaro; Ezure, Toshiki; Tanaka, Masaaki

自由表面渦によるガス巻込み現象はナトリウム冷却高速炉の炉出力を擾乱させる原因となり得る。そのため、ナトリウム冷却高速炉の実用的な安全設計のために、ガス巻込み現象によるガス巻込み流量を正確に評価する必要がある。本研究では、ガス巻込み現象の正確な評価のためのCFD解析の適用性について検討することを目的に、吸い込み管を有する円筒容器における自由表面渦およびそれに伴うガス巻込み現象のシミュレーションにCFD解析を適用し、CFD解析結果とガス巻込み現象の実験データとを比較した。その結果、CFD解析結果と実験結果とで吸い込み管内部の二相流形態がよく一致し、かつ自由液面における渦のガスコアの形状もよく一致した。よって、CFD解析によって、自由表面渦によって引き起こされるガス巻込み現象を許容誤差の範囲内で適切かつ正確に予測できることが確認された。

Gas entrainment (GE) phenomena caused by a free surface vortex may cause the disturbance in core power of sodium-cooled fast reactor (SFR). For this reason, the entrained gas flow rate by the GE should be evaluated accurately for the practical safety design of SFRs. In this study, for the purpose of examining the applicability of CFD for the accurate evaluation of GE phenomena, a CFD is applied to the simulation of the free surface vortex and accompanied GE phenomena in a cylindrical vessel with a suction pipe, and the CFD results and the experimental data of the GE are compared. As a result, the CFD and experiments show similar two-phase flow pattern inside the suction pipe, and the shape of the gas core at the free surface is also very similar. Therefore, it is confirmed that the CFD can predict the GE phenomena triggered by a free surface vortex properly and accurately within the acceptable error range.