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吉田 啓之; 堀口 直樹; 小野 綾子; 古市 肇*; 上遠野 健一*
Proceedings of 29th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 29) (Internet), 7 Pages, 2022/08
About the boiling transition (BT) that determines the maximum thermal output of the BWR, it is considered that the spacers have significant effects on the occurrence of BT. And occurrence conditions of BT can be changed by devising the spacer shapes. In the light water cooled fast reactor: RBWR, thermal-hydraulics conditions are more severe than the current BWR. Then, the effect of the spacer on BT should be sufficiently utilized in the RBWR. In the thermal-hydraulics design for the current BWR, large-scale tests were carried out and used to evaluate BT conditions. The RBWR is still in the design stage, and there is room to be changed to many parameters. Then, it is not reasonable to determine the shape of the spacer by evaluation only for large-scale tests. On the other hand, by applying a two-phase CFD method with remarkable development in recent years, we can develop a model that can predict the effect of spacers mechanistically. This research used the detailed two-phase flow simulation code TPFIT developed by JAEA to simulate annular dispersed flow in RBWR subchannels. In the occurrence of BT, it is considered that the two-phase flow pattern is the annular dispersed flow, and we want to evaluate the effects of spacer shape on annular dispersed flow in RBWR subchannels. As the first step of this research, we performed numerical simulations of annular dispersed flow in the simplified subchannel of RBWR. We used a circular tube with the same hydraulic diameter as the RBWR subchannel to consider the basic effects of spacer on the annular dispersed flow. As a simulation parameter, we choose the existence of the spacer. The spacer used in the simulation has a simplified shape and the same blockage ratio as the RBWR. In this paper, we describe the result of numerical simulation. We evaluated droplets' size and velocity based on simulation results for the spacer's existence and non-existence cases.
上遠野 健一*; 玉井 秀定*; 永吉 拓至*; 伊東 敬*; 高瀬 和之
Proceedings of 8th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-8) (USB Flash Drive), 8 Pages, 2012/12
原子力機構と日立GEニュークリア・エナジーは、軽水炉の安全性や経済性を向上させるための技術開発を協力して行っている。この一環として、ダウンカマ部におけるキャリーアンダー特性を高精度で評価できる技術として、ワイヤーメッシュを利用したボイド率分布計測技術の開発を行っており、これまでに2MPaを超える圧力条件下でダウンカマ部形状を簡略模擬した直径120mm,長さ6600mmの配管内を下降する水-蒸気二相流のボイド率分布を定量的に計測評価できることを確認した。本報では、取得したボイド率分布データをもとに構築したキャリーアンダー特性予測評価モデルの妥当性評価、並びに構築したキャリーアンダー特性予測評価モデルによる実機評価の結果について述べる。
玉井 秀定; 永吉 拓至; 上遠野 健一; 伊東 敬; 高瀬 和之
Proceedings of 7th International Conference on Multiphase Flow 2010 (ICMF 2010) (CD-ROM), 7 Pages, 2010/05
自由液面気液分離方式を採用した革新的水冷却炉や中小型BWRにおいては、上部プレナム内自由液面から発生する液滴の特性(キャリーオーバー特性)の高精度予測が設計上解決すべき重要課題となっている。本研究では、液面下のボイド率分布や液面から発生した液滴の大きさなどを実験的に把握したうえで、液滴流量の機構論的な予測技術の開発を進めている。本論文では、これら測定項目のうち、高圧水蒸気二相流において絞り熱量計を用いて液滴クオリティを計測した結果を報告する。実験は、圧力1.5-2.5MPa,蒸気見かけ速度0.4-1.9m/sの条件において液面からの高さを変化させて実施した。その結果、絞り後の過熱蒸気の温度と湿り蒸気のクオリティの間に強い依存関係があることを確認した。また、測定したデータに基づいて液滴クオリティを予測できる改良モデルを構築し、実機評価を行った結果、自由液面気液分離方式を採用した自然循環軽水炉の設計が成立する見通しを得た。
玉井 秀定; 永吉 拓至; 上遠野 健一; 伊東 敬; 高瀬 和之
日本混相流学会年会講演会2009講演論文集, P. 2, 2009/08
自然循環運転による革新的水冷却炉や中小型BWRにおいては、上部プレナム内自由液面からの液滴キャリーオーバー特性の高精度予測が設計上解決すべき重要課題となっている。この液滴キャリーオーバー特性を実験的に把握し、機構論的な予測技術を開発するための基盤研究を、原子力エネルギー基盤連携センターの軽水炉熱流動技術開発特別グループにおいて進めている。本研究では、データベース構築のために、等エンタルピ変化を利用した絞り熱量計を用いて、圧力1.5-2.5MPa,蒸気見かけ速度0.4-1.9m/sの条件において、自由液面からの高さに対する液滴クオリティ分布を計測した。その結果、これまで試験データ点数が限られていた液滴クオリティが0.001より大きくなる高蒸気流束領域のデータを取得できた。新たに取得した高蒸気流束域のデータに関しても、圧力依存性,蒸気見かけ速度依存性,自由液面からの高さ依存性は従来の知見と同様であることがわかった。
大貫 晃; 中川 正紀*; 永吉 拓至*; 玉井 秀定; 上遠野 健一*
no journal, ,
自然循環運転による革新的水冷却炉や中小型BWRにおいては、上部プレナム内自由液面からの液滴キャリーオーバー特性の高精度予測が設計上解決すべき重要課題となっている。同特性を実験的に把握し、機構論的な予測技術を開発するため、流動特性実験用テスト部を製作し、実機現象の推定と予測モデルの開発を目指した自然循環軽水炉上部プレナム熱流動設計技術開発を進めることとした。本報告では全体計画を述べるとともに、機構論的モデル開発のための実験概要を紹介する。
永吉 拓至*; 玉井 秀定; 上遠野 健一*; 中川 正紀*; 大貫 晃
no journal, ,
自然循環運転による革新的水冷却炉や中小型BWRにおいては、上部プレナム内自由液面からの液滴キャリーオーバー特性の高精度予測が設計上解決すべき重要課題となっている。同特性を実験的に把握し、機構論的な予測技術を開発するための基盤研究を開始した。本研究では、自由液面での液滴発生量や発生液滴径に影響する液面下の過渡ボイド率特性をワイヤメッシュボイド率センサにより圧力1.5
2.5MPaの条件において測定した。本報告では測定結果及び既存知見との比較結果について述べる。
玉井 秀定; 永吉 拓至*; 上遠野 健一*; 中川 正紀*; 大貫 晃
no journal, ,
自然循環運転による革新的水冷却炉や中小型BWRにおいては、上部プレナム内自由液面からの液滴キャリーオーバー特性の高精度予測が設計上解決すべき重要課題となっている。同特性を実験的に把握し、機構論的な予測技術を開発するための基盤研究を開始した。液滴キャリーオーバー特性の機構論的な予測技術を開発するためには、自由液面から発生する液滴の大きさ及び速度の分布を把握することが重要である。このため、可視化画像処理法を用いて圧力1.52.5MPaの条件における液滴径及び液滴速度分布を測定した。本報告では、液滴径及び液滴速度分布の測定結果と既存モデルとの比較結果を述べる。
玉井 秀定; 永吉 拓至; 上遠野 健一; 中川 正紀; 大貫 晃
no journal, ,
自然循環運転による革新的水冷却炉や中小型BWRにおいては、上部プレナム内自由液面からの液滴キャリーオーバー特性の高精度予測が設計上解決すべき重要課題となっている。同特性を実験的に把握し、機構論的な予測技術を開発するための基盤研究を原子力エネルギー基盤連携センターの軽水炉熱流動技術開発特別グループにおいて進めている。本報告では可視化画像処理法を用いて圧力1.52.5MPaの条件において測定した液滴径及び液滴速度分布の結果を用いて、キャリーオーバー流量を評価し、蒸気流量や水面高さの影響を既存モデルと比較した。その結果、水面からの距離の増加によるキャリーオーバー流量の減衰に関して既存モデルと異なる結果が得られた。今後、モデルの改良を進める予定である。
玉井 秀定; 永吉 拓至; 上遠野 健一; 伊藤 敬; 高瀬 和之
no journal, ,
自然循環運転による革新的水冷却炉や中小型BWRにおいては、上部プレナム内自由液面からの液滴キャリーオーバー特性の高精度予測が設計上解決すべき重要課題となっている。この液滴キャリーオーバー特性を実験的に把握し、機構論的な予測技術を開発するための基盤研究を、原子力エネルギー基盤連携センターの軽水炉熱流動技術開発特別グループにおいて進めている。本報告では、データベースの拡充を図るとともに既存液滴キャリーオーバー予測モデルの適用範囲の拡張性を調べるために、等エンタルピ変化を利用した絞り熱量計を用いて、圧力1.5-2.5MPa,蒸気流束0.4-1.9m/sの条件において液滴クオリティを計測し、蒸気流量や水面からの高さなどの影響を既存モデルと比較した成果について述べる。その結果、実機運転条件に該当する高蒸気流束領域において、既存モデルを改良することにより液滴キャリーオーバー特性を良好に予測できることを確認した。今後、実機評価を進める予定である。
玉井 秀定; 永吉 拓至; 上遠野 健一; 伊東 敬; 高瀬 和之
no journal, ,
自然循環運転による革新的水冷却炉や中小型BWRにおいては、上部プレナム内自由液面からの液滴キャリーオーバー特性の高精度予測が設計上解決すべき重要課題となっている。この液滴キャリーオーバー特性を実験的に把握し、機構論的な予測技術を開発するための基盤研究を、原子力エネルギー基盤連携センターの軽水炉熱流動技術開発特別グループにおいて進めている。本報告では、既存のデータベース及び等エンタルピ変化を利用した絞り熱量計を用いて取得した液滴クオリティ計測結果をもとに、自然循環小型低減速軽水炉の実機評価を行った。本炉心では、セパレータ及びドライヤがない設計となっているが、予測された液滴クオリティは、ドライヤ出口要求である0.1パーセントよりも低く、実機運転条件において炉心が成立する見通しが得られた。
玉井 秀定; 永吉 拓至; 上遠野 健一; 伊東 敬; 高瀬 和之
no journal, ,
自然循環運転による革新的水冷却炉や中小型BWRにおいては、炉心出力上昇に伴うダウンカマへの蒸気泡巻き込み(キャリーアンダー)特性の高精度予測が設計上解決すべき重要課題となっている。このキャリーアンダー特性を実験的に把握し、機構論的な予測技術を開発するための基盤研究を、原子力エネルギー基盤連携センターの軽水炉熱流動技術開発特別グループにおいて進めている。本報では、大口径管内下降二相流の流動特性を把握するため、圧力1.5-2.5MPaの条件で内径120mm円管内の下降蒸気-水二相流において、水流速を0.5-1.0m/s、蒸気流速を0-1.0m/sに変化させて、電気式センサ及び流動方向差圧計を用いて、断面平均ボイド率を測定した結果について報告する。測定結果をもとに、大口径管内下降二相流の断面平均ボイド率を予測できる相関式を構築した。これにより、キャリーアンダー特性の機構論的予測技術開発に対して高い見通しを得ることができた。
上遠野 健一; 永吉 拓至; 玉井 秀定; 高瀬 和之; 伊東 敬
no journal, ,
自然循環運転による革新的水冷却炉や中小型BWRにおいては、炉心出力上昇に伴うダウンカマへの蒸気泡巻き込み(キャリーアンダー)特性の高精度予測が設計上解決すべき重要課題となっている。このキャリーアンダー特性を実験的に把握し、機構論的な予測技術を開発するための基盤研究を、原子力エネルギー基盤連携センターの軽水炉熱流動技術開発特別グループにおいて進めている。本報では、大口径管内下降二相流の流動特性を把握するため、圧力1.5-2.0MPaの条件で内径120mm円管内の下降蒸気-水二相流において、ボイド率の流路断面内分布や時間変化特性を高速に多点ボイド率測定が可能なワイヤメッシュ式センサにより測定した結果について報告する。一連の測定結果より、時間平均ボイド率の流路半径方向ボイド率分布は中央ピークとなっているが、流路中央部での分布は平坦となっていることを定量的に明らかにした。
玉井 秀定; 永吉 拓至; 上遠野 健一; 伊東 敬; 高瀬 和之
no journal, ,
自然循環運転による低減速軽水炉や中小型BWRにおいては、炉心出力上昇に伴うダウンカマへの蒸気泡巻き込み(キャリーアンダー)特性の高精度予測が設計上解決すべき重要課題となっている。このキャリーアンダー特性を実験的に把握し、機構論的な予測技術を開発するための基盤研究を、原子力エネルギー基盤連携センターの軽水炉熱流動技術開発特別グループにおいて進めている。本報告では、高温高圧水-蒸気下降二相流の実験結果に基づいて構築したボイド率相関式を過渡解析コードTRAC-BF1に組み込み、そのTRAC-BF1を使って自然循環方式低減速軽水炉の実機評価を行い、ダウンカマ部でのボイド率分布や循環流量などを評価した結果について述べる。本研究の結果、ダウンカマ部での冷却材温度は飽和温度以下となり、炉心冷却に十分な自然循環流量を得られる見通しを得た。
青山 吾朗*; 永吉 拓至*; 上遠野 健一*; 馬場 淳史*; 玉井 秀定; 高瀬 和之
no journal, ,
自然循環運転による低減速軽水炉や中小型BWRにおいては、炉心出力上昇に伴うダウンカマへの蒸気泡巻き込み(キャリーアンダー)特性の高精度予測が設計上解決すべき重要課題となっている。このキャリーアンダー特性を実験的に把握し、機構論的な予測技術を開発するための基盤研究を、原子力エネルギー基盤連携センターの軽水炉熱流動技術開発特別グループにおいて進めている。キャリーアンダー特性を把握するためには、炉心及びチムニにおける二相流の流動特性を把握する必要がある。本研究では、BWR熱水力条件における二相流の詳細挙動を把握するために、ステンレス鋼製円管内部に圧電素子を封入した超音波液膜センサを開発し、高温高圧の水-蒸気二相流条件下で性能試験を行った。その結果、1MPa以上の蒸気-水雰囲気において液膜厚さが計測できることを確認した。
吉田 啓之; 永武 拓; 小野 綾子; 成島 勇気*; 上遠野 健一*
no journal, ,
熱的条件が現行BWRより厳しくなることも想定される軽水冷却高速炉(RBWR)では、その熱設計において液滴の生成や再付着などのスペーサ効果を活用する必要があると考えられる。しかし、狭隘流路であるRBWR炉心について、そのスペーサ効果の活用に必要なデータは少ない。そこで本研究開発では、二相CFDにより得られるデータを用いることで、熱設計に用いるサブチャンネル解析コード中のスペーサの効果を表現するモデルの改良を検討している。本報では、RBWR炉心を模擬した狭隘流路内の二相流を詳細二相流解析コードTPFITで解析し、その適用性を検討した。その結果、液膜の波立ちの発達により液滴が生成し狭隘流路内に環状噴霧流が形成され、RBWR炉心を模擬した条件での二相流解析が実施できることを確認した。また、液滴生成前後での液膜形状は既存の大気圧試験の結果と良く一致しており、波立ちに伴う液滴生成が適切に表現されている。さらに、スペーサ後端下流で多数の液滴が生成されるなど、スペーサの影響が再現できている。これらの結果から、RBWR炉心のスペーサ効果モデル改良へのTPFITの適用性を確認した。
堀口 直樹; 吉田 啓之; 成島 勇気*; 上遠野 健一*
no journal, ,
ドライアウト現象の予測では、環状噴霧流における液滴の液膜からの発生、液膜への付着が重要な現象であり、液滴発生・付着係数を求めるための相関式が数多く提案されているが、現象の複雑さ、実験の困難さから液滴発生・付着現象の解明が課題である。この現象解明には詳細数値シミュレーションが有効であるが、相関式との比較による妥当性の確認が必要である。本発表では、日本原子力研究開発機構が開発する数値解析コードTPFITを用いた環状噴霧流の詳細数値シミュレーションを実施し、このデータから定量化した液滴発生・付着係数を相関式と比較した結果について述べる。