Effects of agitation in a shallow pool on atomization behavior of a jet

ジェットの微粒化挙動に及ぼす浅水プール内撹拌の影響

柾木 直人*; 金子 暁子*; 堀口 直樹   ; 吉田 啓之  

Masaki, Naoto*; Kaneko, Akiko*; Horiguchi, Naoki; Yoshida, Hiroyuki

原子炉で過酷事故が発生すると、溶融した燃料棒などが圧力容器下部の冷却水プールに液体ジェットとして落下する可能性がある。事故の進展防止の観点から、冷却水中における微粒化を伴う冷却・固化機構の解明が不可欠である。多くの研究者が、水深が深いプール内のジェット挙動や微粒化挙動を解明するための実験や解析を行ってきた。一方、水深が浅いプールについて、実験的・解析的なアプローチによる報告は少ない。浅いプールの報告では、ジェットが底壁に衝突した後でも微粒化が起こることが示されている。しかし、そのメカニズムは十分に解明されていない。本研究では、撹拌が微粒化に影響を及ぼすかどうかを検討するために、浅水プールにおいて速度差による不安定性が微粒化に影響すると仮定し、回転子による渦を用いた撹拌によって界面に速度差を与えることを試みることとした。浅水プール内の模擬液液二流体系を用いて可視化計測実験を行った。その結果、プール内で渦による撹拌が生じた。回転子の周波数が高くなるにつれて、液滴の数とその立ち上がり時間が変化した。この結果は、撹拌が微粒化に寄与していることを示している。

During a severe accident in nuclear reactors, melted fuel rods and other materials may fall as liquid jets into the pool of cooling water remaining in the lower head of the pressure vessel. From the viewpoint of preventing accident development, the clarification of cooling and solidification mechanisms with atomization in the cooling water is essential. Many researchers performed experimental and analytical work to understand jet behavior and atomization in a deep pool. In the case of insufficient water depth, i.e., shallow water pool, there are a few reports in both experimental and analytical approaches. The reports of shallow pools show that atomization occurs even after the jet has impacted the bottom wall. However, the mechanism has not been understood. In this study, we assumed that instability due to velocity difference affects the atomization in a shallow-water pool and tried to give a velocity difference to the interface as an agitation using a vortex provided by a stirrer to examine whether the agitation affects atomization. We conducted visualization and measurement experiments using a simulated liquid-liquid two-fluid system in the shallow pool. As a result, an agitation using a vortex occurred in the pool. The number of droplets and the rise time of the number changed increasing the stirrer frequency. This result suggests that the agitation contributed to the atomization.