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論文

Development of capacitance void fraction measurement method for BWR test

渡辺 博典; 玉井 秀定; 佐藤 隆; 柴田 光彦; 光武 徹*

Flow Measurement, p.95 - 106, 2012/03

BWR(沸騰水型軽水炉)では、炉心のボイド率(流路内の気相が占める体積率)が変化すると、炉心出力,燃料転換比,炉心冷却性能が急速に変化することからBWR熱特性試験では実機相当の高温高圧条件下でボイド率をリアルタイム計測する技術が嘱望されていた。このため、気液二相流の静電容量がボイド率とともに関数的に変化することを利用する静電容量計測法(C計測法)を開発した。従来技術では、リアルタイム計測や高ボイド率域の計測が困難だった。またボイド率計測特性式を直線近似していたため計測誤差があった。

論文

静電容量式ボイド率計の高温高圧条件への適用研究

渡辺 博典; 光武 徹*; 柴田 光彦; 高瀬 和之

日本機械学会論文集,B, 76(769), p.1379 - 1385, 2010/09

流路チャンネル内の気相が占める体積率(ボイド率)は、気液二相流の諸特性を明らかにするために重要な特性量であるため、さまざまな計測が行われてきた。軽水炉炉心圧力条件(BWR, 7MPa)のボイド率計測では電気式ボイド率計測法を適用して行われた。近年、高速増殖炉の開発が進められており、日本原子力研究開発機構で行っている試験では、高速増殖炉用蒸気発生器の熱水力設計の基礎データ取得のため、模擬試験ループ二次側の水-蒸気二相流のボイド率計測に静電容量ボイド率計を開発・適用した。圧力は、18MPaであり、このような高い圧力条件下のボイド率計測は従来行われたことがなかった。実試験に適用した結果以下の計測結果が得られた。(1)水質の影響がなくほぼ全領域のボイド率計測ができる。(2)瞬時(リアルタイム)に計測できる。(3)18MPaの高温高圧条件下で実用的に計測できる。

論文

ミニチャンネルのボイド率計測技術開発

渡辺 博典; 光武 徹*; 柿崎 禎之*; 高瀬 和之

日本機械学会論文集,B, 75(751), p.155 - 157, 2009/03

近年、CPU用小型冷却器,小型医療機器,燃料電池,自動車機器分野などのマイクロマシーンの開発が行われており、マイクロチャンネル(極細管)内のボイド率計測技術の必要性が高まっている。マイクロチャンネルにおける二相流流れは液相の表面張力の影響が相対的に強くなるため、流動様式が通常管と異なることが報告されているが、定量的な評価が必要なボイド率の計測は行われていなかった。そこで、内径10mm以上の通常管に対して著者らが開発した静電容量(C)計測法をマイクロチャンネルへ応用する研究を行い、マイクロチャンネル・ボイド率計測技術を開発した。特性試験の結果から計測特性式を確定し、水質によらず、全領域のボイド率をリアルタイム計測できることを確認した。電極はリング電極体系及びワイヤ電極体系の2種を用いた。大気圧条件下のマイクロチャンネル内二相流に適用した場合、一連の研究からボイド率とキャパシタンスとの関係は、リング型電極に対して線形関係,対向ワイヤ電極に対して双曲線関係となることを明らかにした。また電極形状など計測に与える影響因子の解明を行い、計測特性式の適用条件を明らかにした。

論文

静電容量検出型電気式ボイド率計の実用化に関する実験的研究

渡辺 博典; 光武 徹*; 柿崎 禎之*; 高瀬 和之

日本機械学会論文集,B, 74(742), p.1257 - 1262, 2008/06

The electro-void fraction meter (Capacitance type meter) was applied to high void fraction measurement with various shapes of flow conduits such as round, rectangular and rod-bundle geometries. The principle of the meter is that the electrical capacitance of a gas-liquid two-phase flow changes with the void fraction. High-frequency power supply enables to measure the electrical capacitance of the ion-exchanged water with even though conductivity as low as 1 $$mu$$S/cm. It was confirmed by the air-water and steam-water boiling two-phase flow experiments that void fraction can be obtained in real time way. Void fraction ranging from 0 to 0.9 at maximum was successfully measured under steam-water boiling two-phase flow conditions of 2 MPa through 18 MPa pressure.

論文

Development of design technology on thermal-hydraulic performance in tight-lattice rod bundle, 3; Numerical estimation on rod bowing effect based on X-ray CT data

三澤 丈治; 大貫 晃; 光武 徹*; 勝山 幸三; 三澤 進*; 永峯 剛; 中村 保雄; 秋本 肇

Proceedings of 15th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-15) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/04

In this study, the rod positions in the rod bowing test section were measured using the high energy X-ray computer tomography (X-ray-CT). Based on the measured rod positions data, the subchannel analysis by the NASCA code was performed, in order to investigate applicability of the NASCA code to BT estimation of the rod bowing test section, and influence of displacement from design-based rod position upon BT estimation by the NASCA code.

報告書

稠密格子体系ロッド位置変位のX線CTによる測定と伝熱特性への影響(共同研究)

光武 徹*; 勝山 幸三*; 三澤 丈治; 永峯 剛*; 呉田 昌俊*; 松元 愼一郎*; 秋本 肇

JAERI-Tech 2005-034, 55 Pages, 2005/06

JAERI-Tech-2005-034.pdf:7.76MB

燃料棒と燃料棒の間隙が1mm程度の稠密格子体系では、わずかなロッド位置変位により伝熱特性に影響を及ぼす恐れがある。また、熱的限界出力を評価するサブチャンネル解析において、模擬燃料棒が設計位置からズレた場合の影響を定量的に確認しておくことは、実験解析の予測誤差原因を検討するうえで重要である。本研究では、低減速炉炉心模擬燃料集合体(7本バンドル)に対して、断面内の模擬燃料棒配置を実測し、その結果に基づいて各模擬燃料棒中心位置の変位と伝熱特性との関係について実験的に検討するとともに、サブチャンネル解析結果に及ぼすロッド位置変位の影響を評価した。X線CT装置による断面の可視化画像より、模擬燃料棒位置は設計位置から大きく変位していないことが確認できた。模擬燃料棒位置の変位は、最大0.5mm,平均は0.2mmであった。伝熱実験の結果、BT発生位置・時刻の観点から模擬燃料棒位置の変位の影響は小さかった。X線CT測定結果に基づく限界出力計算値(サブチャンネル解析)は、模擬燃料棒が設計位置にある結果よりも5%程度小さくなったが、過大評価の程度は約25%と依然大きかった。このことから、解析結果と実験結果との差異は、模擬燃料棒の変位(入力データの問題)だけでは説明はつかず、解析モデルの影響の大きいことがわかった。

論文

Rod displacement effect on thermal-hydraulic behaviour in tight-lattice bundle based on X-ray CT measurement

光武 徹*; 秋本 肇; 三澤 丈治; 呉田 昌俊*; 勝山 幸三*; 永峯 剛*; 松元 愼一郎*

Proceedings of 4th World Congress on Industrial Process Tomography, Vol.1, p.348 - 353, 2005/00

稠密格子模擬7本バンドル伝熱試験体の内部構造を高エネルギーX線CTで撮像し、ヒータロッドの配列を定量的に測定した。その結果、ヒータロッド中心位置の変位は最大0.5mmであった。その結果に基づいて、ヒータロッド周りの流路形状を計算し、サブチャンネル解析コードに入力して除熱限界出力を予測した。その結果、ヒータロッド位置の及ぼす限界出力計算値への影響は小さく、限界出力の予測誤差はほとんど減少しなかった。

口頭

稠密格子炉心熱流動特性技術開発,2; X線CTによる燃料棒曲がり効果試験体形状計測

勝山 幸三; 三澤 進*; 光武 徹*; 三澤 丈治; 永峯 剛; 中村 保雄; 大貫 晃; 秋本 肇

no journal, , 

高稠密格子炉心での除熱限界/流動特性を明らかにするため、37本バンドル試験体を中心とした稠密格子炉心熱流動特性技術開発を行っており、この一環として燃料棒曲がり効果試験が実施された。この試験は、燃料棒の曲がりによる限界出力等への影響評価を目的としたものであり、ここで用いられる曲がり効果試験体については内部構造設計通りであることを熱流動試験前に確認する必要があった。燃料棒曲がり効果試験体は、37本の模擬燃料棒がシュラウド管で覆われているためX線CT検査装置を利用した非破壊試験により内部状況観察を実施した。その結果、模擬燃料棒A1と隣接するB1及びC1との中心座標間距離は、軸位置約580mmから約730mmの範囲で減少しており、この間で模擬燃料棒A1が曲がり、ほぼ設計通りであることを確認した。

口頭

静電容量検出型電気式ボイド率計の実用化に関する実験的研究

渡辺 博典; 光武 徹*; 柿崎 禎之*; 高瀬 和之

no journal, , 

軽水炉では、炉心のボイド率が変化すると炉心出力,冷却能力,燃料の転換比等が変化することから、炉心熱設計においては炉心内ボイド率を正確に把握する必要がある。このために炉心条件下でも実用的に計測できるボイド率計として、静電容量検出型電気式ボイド率計の開発を行っている。二相流中のインピーダンスの静電容量成分(C成分)を計測すると水質が純水でもボイド率計測が可能となるとともに、水単相から蒸気単相に至るほぼ全領域の計測が可能となる。本発表では、静電容量検出型電気式ボイド率計の計測特性等について報告する。

口頭

マイクロチャンネルのボイド率計測技術開発

渡辺 博典; 光武 徹*; 柿崎 禎之*; 関根 勝則*; 高瀬 和之

no journal, , 

近年、超小型熱交換器,燃料電池,マイクロマシーン等の先端機器の実用化研究では細管(マイクロチャンネル)のボイド率計測技術を必要としている。このための実用的な計測技術を開発した。開発した計測技術は、細管内流体の静電容量(C)を計測することでボイド率に換算する方式である。水質によらず、全領域のボイド率を計測するもので、本研究で電極体系ごとに計測特性式を取得した。計測方法は、高周波電源を電極に印加し電極間の二相流の静電容量を計測し、計測特性式を用いてボイド率に換算する方法である。電極はリング電極体系及びワイヤ電極体系の2種を用いた。

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