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論文

Experimental investigation of decontamination factor dependence on aerosol concentration in pool scrubbing

孫 昊旻; 柴本 泰照; 岡垣 百合亜; 与能本 泰介

Science and Technology of Nuclear Installations, 2019, p.1743982_1 - 1743982_15, 2019/06

Because a pool scrubbing is important for reducing radioactive aerosols to the environment for a nuclear reactor in a severe accident situation, many researches have been performed. However, decontamination factor (DF) dependence on aerosol concentration was seldom considered. DF dependence in the pool scrubbing with 2.4 m water submergence was investigated by light scattering aerosol spectrometers. It was observed that DF increased monotonically as decreasing particle number concentration in a constant thermohydraulic condition. Two validation experiments were conducted to confirm the observed DF dependence. In addition, characteristics of the DF dependence in different water submergences were investigated experimentally. It was found the DF dependence became more significant in higher water submergence.

論文

Local gas-liquid two-phase flow characteristics in rod bundle geometry

Xiao, Y.*; Shen, X.*; 三輪 修一郎*; 孫 昊旻; 日引 俊*

混相流シンポジウム2018講演論文集(インターネット), 2 Pages, 2018/08

ロッドバンドル体系における二流体モデルの構成式の高度化を図るために、6$$times$$6ロッドバンドル体系における上昇気液二相流実験を実施した。ボイド率や界面積濃度等の局所流動パラメータを2針式光プローブで計測した。計測した断面平均ボイド率と界面積濃度の結果と、既存ドリフトフラックスモデルや界面積濃度相関式から予測した結果と比較した。

論文

Experimental investigation on dependence of decontamination factor on aerosol number concentration in pool scrubbing under normal temperature and pressure

孫 昊旻; 町田 真一*; 柴本 泰照; 岡垣 百合亜; 与能本 泰介

Proceedings of 26th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-26) (Internet), 7 Pages, 2018/07

Pool scrubbing is one of the efficient filters with a high decontamination factor (DF). Because of its high performance, many pool scrubbing research have been performed. In the existing pool scrubbing experiments, an experimental condition of aerosol number concentration was seldom taken into account. It is probably because DF is assumed to be independent of aerosol number concentration, at least, in the concentration where aerosol coagulation is limited. The existing pool scrubbing models also follow this assumption. In order to verify this assumption, we performed a pool scrubbing experiment with different aerosol number concentrations. As a result, DF was increasing as decreasing the aerosol number concentration. In order to ensure a reliability of this result, three validation tests were performed with meticulous care. According to the results of these validation tests, it was indicated that DF dependence on the aerosol concentration was a real phenomenon of the pool scrubbing.

論文

Experimental study on interfacial area transport of two-phase bubbly flow in a vertical large-diameter square duct

Shen, X.*; 孫 昊旻; Deng, B.*; 日引 俊*; 中村 秀夫

International Journal of Heat and Fluid Flow, 67(Part.A), p.168 - 184, 2017/10

主に4センサープローブを用いて、鉛直大口径正方形管内における上昇気泡流に関する実験的研究を実施した。流れ方向3断面における、局所界面積濃度、ボイド率、3次元気泡速度、気泡径を計測した。界面積輸送方程式やその中の気泡合体分裂モデルは、二相流における界面積濃度の予測に多用されてきたものの、主に円管や小口径管の二相流実験から構築されており、大口径正方形管に対する適応性の検証がされていない。そこで本研究では、大口径正方形管で取得したデータベースを用いて、既存の1次元1グループ界面積輸送方程式の気泡合体分裂モデルの大口径正方形管への適応性を評価した。最良のモデルに基づく予測と実験結果との誤差は25%であることを示した。

論文

Axial flow characteristics of bubbly flow in a vertical large-diameter square duct

Shen, X.*; 孫 昊旻; Deng, B.*; 日引 俊*; 中村 秀夫

Proceedings of 17th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-17) (USB Flash Drive), 14 Pages, 2017/09

4センサープローブを用いて、鉛直大口径正方形ダクト内における上向き気泡流の実験的研究を行った。流れ方向3断面における局所界面積濃度、3次元気泡速度ベクトルと気泡径等を計測した。取得したボイド率、局所界面積濃度、3次元気泡速度ベクトルと気泡径等により、流れの挙動に関する有益な情報を提供できるだけでなく、界面積濃度輸送方程式内のソースとシンク項の機構論的モデルの高度化にとって重要なデータベースとなる。

論文

Development of error reduction methods in aerosol measurement for pool scrubbing experiment

孫 昊旻; 柴本 泰照; 岡垣 百合亜; 与能本 泰介

Proceedings of 24th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-24) (DVD-ROM), 8 Pages, 2016/06

Pool scrubbing is one of the effective mechanisms to filter out radioactive aerosols in a severe accident of a nuclear reactor. A lot of work has been done on the pool scrubbing models and experiments. However, large discrepancies still exist between the simulation and experimental results. To improve the pool scrubbing model, an accurate decontamination factor (DF) evaluation by an aerosol measurement is inevitable. A pool scrubbing experimental apparatus was constructed. The aerosol particle diameter distribution was measured by a light scattering aerosol spectrometer. We focused on investigating and reducing the error of DF experimentally. Several problems resulting in the error and their solutions for the error reduction were summarized in this paper. Based on the error reduction methods, the DFs of pool scrubbing were measured in two water submergences.

論文

Gas-liquid bubbly flow structure in a vertical large-diameter square duct

Shen, X.*; 孫 昊旻; Deng, B.*; 日引 俊*; 中村 秀夫

Progress in Nuclear Energy, 89, p.140 - 158, 2016/05

 被引用回数:6 パーセンタイル:17.95(Nuclear Science & Technology)

4センサープローブを用いて、鉛直大口径正方形管内の上昇気液二相流の局所構造を計測した。球形と非球形気泡を区別する4センサープローブの計測手法を適用し、局所3次元気泡速度ベクトル、気泡径と界面積濃度を計測した。液相流量が低い時と高い時、局所ボイド率と界面積濃度はそれぞれ中心ピークと壁ピークの分布を示した。断面内における横方向気泡速度は、断面の対称的な8分の1三角領域内を循環する2次流れの存在を示し、その大きさは液相速度の上昇とともに増加した。本データに対して、既存ドリフトフラックスモデルや界面積濃度の相関式の比較を行い、適応性を検証した。

論文

Thermal hydraulic safety research at JAEA after the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Station accident

与能本 泰介; 柴本 泰照; 竹田 武司; 佐藤 聡; 石垣 将宏; 安部 諭; 岡垣 百合亜; 孫 昊旻; 栃尾 大輔

Proceedings of 16th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-16) (USB Flash Drive), p.5341 - 5352, 2015/08

This paper summarizes thermal-hydraulic (T/H) safety studies being conducted at JAEA based on the consideration of research issues after the Fukushima Dai-Ichi Nuclear Power Station accident. New researches have been initiated after the accident, which are related to containment thermal hydraulics and accident management (AM) measures for the prevention of core damage under severe multiple failure conditions. They are conducted in parallel with those initiated before the accident such as a research on scaling and uncertainty of the T/H phenomena which are important for the code validation. Those experimental studies are to obtain better understandings on the phenomena and establish databases for the validation of both lumped parameter (LP) and computational fluid dynamics (CFD) codes. The research project on containment thermal hydraulics is called the ROSA-SA project and investigates phenomena related to over-temperature containment damage, hydrogen risk and fission product (FP) transport. For this project, we have designed a large-scale containment vessel test facility called CIGMA (Containment InteGral Measurement Apparatus), which is characterized by the capability of conducting high-temperature experiments as well as those on hydrogen risk with CFD-grade instrumentation of high space resolution. This paper describes the plans for those researches and results obtained so far.

論文

Effect of flow obstacle on droplet sizes in vertical annular air-water flow in a small diameter pipe

柴本 泰照; 孫 昊旻; 与能本 泰介

Proceedings of 10th International Topical Meeting on Nuclear Thermal Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-10) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2014/12

Droplet size distributions have been measured for air-water annular-mist flow in a vertical 12.0 mm diameter pipe at atmospheric pressure. A laser diffraction technique has been employed using a Malvern Spraytec instrument. The test section was specially designed for meticulous measurement in the present experiment: any optical windows were not used to avoid problems arose from glass contamination by sucking the liquid film through the wall just below the measurement elevation. Sauter mean diameters measured in this work decreased simply with an increase of air superficial velocity, whereas the dependence on water superficial velocity showed complicated dependency on air velocity. The effect of a flow obstacle on droplet size distribution was also investigated. A small tube was placed in the centerline of the test section as an obstacle. Three obstacles having different blockage ratio were tested. It is found through the present experiments that the obstacle effect is not so significant for the blockage ratio of up to 0.3, and the droplet diameter decreases to approximately 80% in average. Based on the data, an empirical correlation to predict Sauter diameter was developed by modifying the existing correlation. A hydraulic equivalent diameter that takes account of the blockage ratio is applied to the characteristic length in the correlation.

論文

Local measurements of 3-D bubble velocity vector, bubble diameter and interfacial area concentration in a vertical large diameter square duct

Shen, X.*; 日引 俊*; 孫 昊旻; 中村 秀夫

Proceedings of 9th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-9) (CD-ROM), 10 Pages, 2014/11

新型沸騰水型原子炉ESBWRの炉心上部のチムニーなど大口径の垂直矩形流路では、気液2相流の液相速度勾配や気泡分布は大口径円管と異なる可能性がある。一方、大口径の矩形流路内については、ボイド率や液相速度、気泡径などの分布に関する報告はあるが、3次元気泡速度や界面積濃度等の流れ構造を詳細に示すパラメータについては報告がなされていない。本研究では、安全解析に用いる流動モデルの信頼性向上等に資するため、それらの詳細計測を行った。実験では、1辺が100mmの正方形断面テスト部を用いて鉛直上昇流のボイド率、界面積濃度、気泡径や3次元気泡速度など主要パラメータの断面内分布を4センサ光プローブを用いて計測し、液流量の増加に伴って、ボイド率と界面積濃度の分布が壁面ピークから管中心ピークに変化することや、主流方向の気泡速度が管中心ピーク分布を持つ結果を得た。更に、断面内の気泡速度分布の結果から、断面内循環流が対称8分の1三角形領域に存在し、液流量に伴って速度が増加することを明らかにした。

口頭

プールスクラビング時の二相流挙動の詳細解析

岡垣 百合亜; 柴本 泰照; 孫 昊旻; 佐藤 聡; 与能本 泰介

no journal, , 

福島第一原子力発電所で発生したシビアアクシデントを受け、格納容器ベントの際のプールスクラビングによるエアロゾル除去は、ソースタームを評価する上で極めて重要であることが再認識されている。原子力機構では、エアロゾル挙動・格納容器内熱水力挙動に係る評価手法の整備の一環として、汎用性のあるCFD解析用構成方程式の開発を進めており、事故時の広範な条件での解析手法の妥当性を実験との比較を通じて検討する必要がある。本研究では、プールスクラビング時の気液二相流現象を解明するため、高さ2m、直径0.2mの円筒管に直径0.01mの円形ノズルを底部に設けた解析対象において、OpenFOAMの二流体モデルを用いて解析を行った。解析結果より、同体系での実験結果との流動挙動の違いを明らかにし、解析手法について検討した。

口頭

4センサープローブを用いた大口径垂直管内水-空気二相流の計測

佐藤 聡; 孫 昊旻; 柴本 泰照; 与能本 泰介

no journal, , 

二流体モデルの高精度化に有効な界面積輸送モデルの開発を目的として、大口径(管径0.2m)垂直管内の水-空気二相流の計測を行った。モデル開発に必要な、ボイド率、界面積濃度、界面速度等の二相流パラメータを、電気抵抗式の4センサープローブを用いて取得した。

口頭

二相流挙動に着目したエアロゾルのプールスクラビングに関する研究

孫 昊旻; 岡垣 百合亜; 柴本 泰照; 佐藤 聡; 与能本 泰介

no journal, , 

プールスクラビングによるエアロゾル除去に関して多くの研究がなされているものの、エアロゾル除去機構に強く関わる気液二相流の詳細挙動との関連は十分には把握 されていない。本研究では、これに着目し機構論的スクラビングモデルの開発を目的 とし、実験を中心とする検討を実施する。実験では、内径200mm、高さ約4mの円管内 のプール水に対して、エアロゾルを含むガスを注入し、プール入口と出口のエアロゾル量を計測することでエアロゾル除去率を評価するとともに、プール内の気液二相流の詳細挙動を計測する。本報告では、本研究の目的、内容、整備した実験装置、これまで得られた結果について述べる。

口頭

電気抵抗式4センサーボイドプローブの開発

佐藤 聡; 孫 昊旻; 柴本 泰照; 与能本 泰介

no journal, , 

二相流パラメータ計測用に開発中の電気抵抗式4センサープローブを用い、気泡界面をプローブが貫通する際に生じるメニスカスによる界面形状の変形に起因する計測誤差を評価するとともに、気泡流の界面速度計測に与える影響を調査した。

口頭

プールスクラビング実験におけるエアロゾル除染係数計測の誤差低減に関する検討

孫 昊旻; 柴本 泰照; 岡垣 百合亜; 与能本 泰介

no journal, , 

重大事故時に、放射性物質の環境への放出量の軽減を図る有効な対策の一つとして、プール水中にエアロゾルを伴う気相を吹き込んで除染する、いわゆるプールスクラビングは、安全評価上重要である。しかし、既存プールスクラビングモデルによる予測結果と実験結果には依然大きな乖離が存在する。モデルの高度化のためには、詳細な二相流計測と高精度なエアロゾル除染係数の計測が必要不可欠である。本研究の第一段階として、高精度なエアロゾル除染係数を計測するために、計測誤差を実験的に検証し、誤差低減に繋がる校正手法を検討した。本報告では、これらの計測誤差検証実験とその結果とともに、校正手法を適用したプールスクラビング実験の結果を述べる。

口頭

プールスクラビング研究

孫 昊旻

no journal, , 

原子力機構ではシビアアクシデント時のソースターム評価手法の高度化のため、プールスクラビング装置を製作し、実験を行っている。本発表では、そこで得られた実験結果について報告する。

口頭

Present status of pool scrubbing research at JAEA

孫 昊旻; 柴本 泰照; 岡垣 百合亜; 与能本 泰介

no journal, , 

原子力機構ではシビアアクシデント時のプールスクラビング評価手法の高度化のために、プールスクラビング装置を製作し、気液二相流の詳細計測と高精度なエアロゾル計測実験を行っている。本発表では、そこで得られた実験結果について報告する。

口頭

プールスクラビングの除染係数計測

孫 昊旻; 柴本 泰照; 岡垣 百合亜; 与能本 泰介

no journal, , 

プールスクラビング実験において、水深や注入ガス流量等の二相流条件を同一とした条件で、エアロゾル粒子数濃度を変えてDF(除染係数)を計測したところ、粒子数濃度が低い場合にDFが極端に増加する結果となった。その原因を検証した結果を報告する。

口頭

Pool scrubbing experiment at JAEA

孫 昊旻; 柴本 泰照; 岡垣 百合亜; 与能本 泰介

no journal, , 

原子力機構では、シビアアクシデント時のプールスクラビング評価手法の高度化のための実験的研究を行っている。既往研究において検討が不十分とされている二相流挙動とエアロゾル挙動の関連性、及びエアロゾル計測における不確かさを検討し、これらを踏まえた評価手法高度化のための実験を実施した。二相流に関して、4センサープローブでボイド率や界面積濃度等を詳細計測し、二相流の発達過程の流動挙動を調査した。また、エアロゾル計測の精度を高めるために、希釈器の校正試験を実施し、エアロゾルスペクトロメータを用いて除染係数を計測した。計測された除染係数にはエアロゾル濃度に対する依存性が見られたが、既往研究ではその効果を報告した例は少ない。装置依存性を含めた原因を調査するために、異なる原理の計測機器による計測精度検証試験等も合わせて行った。

口頭

プールスクラビング実験,1; 0.3m水位における実験結果

孫 昊旻; 町田 真一*; 広瀬 意育*; 柴本 泰照; 岡垣 百合亜; 与能本 泰介

no journal, , 

プールスクラビングによるエアロゾル除去効率において支配的とされているガス注入領域に着目し、常温常圧の水-空気条件に対する上向きガス注入体系において、0.3m水位一定のプールスクラビング実験を実施した結果について報告する。

口頭

LP benchmark calculation in JAEA

孫 昊旻; 柴本 泰照

no journal, , 

プールスクラビング研究を統合し、ソースターム評価コードの高度化を目的とする国際研究プロジェクトIPRESCAにおいて、既存実験に対するLPコードの計算ベンチマークが実施され、原子力機構が用いるLPコードの計算手法とその計算結果を報告する。

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