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論文

Droplet generation during liquid jet impingement onto a horizontal plate

Zhan, Y.*; 大箭 直輝*; 榎木 光治*; 大川 富雄*; 青柳 光裕; 高田 孝

Experimental Thermal and Fluid Science, 98, p.86 - 94, 2018/11

 パーセンタイル:100(Thermodynamics)

In sodium-cooled fast reactors, liquid sodium leakage may lead to fire accident. In the case that the liquid sodium is discharged as a liquid jet, a number of droplets are produced during liquid jet impingement on the structures. In the present work, a liquid jet was emanated vertically downward from a circular nozzle hole onto a horizontal disk to measure the total amount and the maximum size of splashed droplets. It was found that a significant amount of liquid was splashed when the liquid jet impinged as a broken jet. Thus, a prediction method was first developed for the impact frequency of the primary droplets produced due to the jet breakup. It was then shown that a phenomenological model using the impact frequency and the impact Weber number as the important variables can predict the splashing rate well. It was also indicated that the size of the maximum splashed droplets was fairly proportional to the size of primary droplets.

論文

Cavitation erosion induced by proton beam bombarding mercury target for high-power spallation neutron sources

二川 正敏; 直江 崇; 粉川 広行; 羽賀 勝洋; 沖田 浩平*

Experimental Thermal and Fluid Science, 57, p.365 - 370, 2014/09

AA2014-0181.pdf:1.48MB

 被引用回数:5 パーセンタイル:53(Thermodynamics)

J-PARCの水銀ターゲットでは、陽子線入射時に発生する圧力波が水銀を包含する容器へと伝ぱする際に、水銀と容器の界面には負圧によってキャビテーションが発生する。流動水銀中にマイクロバブルを注入することで、圧力波に励起されるキャビテーションの発生を低減するために、注入する気泡の条件を理論及び実験的に検討した。本報告では、特に、圧力波の伝ぱをミリ秒オーダーのマクロな時間スケールとマイクロ秒オーダーのミクロな時間スケールの現象に分けて検討した。前者は、ターゲット容器の振動と水銀の相互作用が支配的な現象であり、後者は、水銀中の圧力波伝ぱプロセスに不可欠な現象である。その結果、マクロな時間スケールでは、水銀中にキャビテーションを発生させる負圧の振幅が注入した気泡によって減少するため、マイクロバブルの注入がキャビテーションの発生を抑えるのに効果的であることを示した。一方、ミクロな時間スケールでは、注入した気泡は負圧の持続時間を減少させキャビテーション気泡の膨張を抑えることで、キャビテーションの攻撃性を低減させるが、その効果は十分ではなく、現状ではキャビテーション気泡が膨張する可能性があることを示唆した。

論文

Measurement of non-condensable gas in a PWR small-break LOCA simulation test with LSTF for OECD/NEA ROSA project and RELAP5 post-test analysis

竹田 武司; 大和田 明彦; 中村 秀夫

Experimental Thermal and Fluid Science, 51, p.112 - 121, 2013/11

 被引用回数:9 パーセンタイル:40.91(Thermodynamics)

An OECD/NEA ROSA Project experiment was conducted simulating a PWR 0.5% cold leg small-break LOCA with steam generator (SG) secondary-side depressurization as an accident management measure to clarify such complex phenomena as non-uniform flow among the SG U-tubes under natural circulation (NC) with air as non-condensable gas. The gas concentration was measured at the SG outlet plenum by using a gas measurement device to measure oxygen concentration in steam-gas mixture that is developed employing a Zirconia sensor. Non-uniform flow behaviors were observed in the SG U-tubes with non-condensable gas ingress. Air concentration in steam-gas mixture was estimated to be about 40-50% at the SG outlet plena after the U-tube downflow side became empty of liquid. Post-test analysis by RELAP5/MOD3.2.1.2 code revealed that the code underpredicts the primary pressure a bit after the gas inflow with some discrepancies in the SG U-tube liquid level and the NC mass flow rate.

論文

An Experimental investigation on self-leveling behavior of debris beds using gas-injection

Cheng, S.; 山野 秀将; 鈴木 徹; 飛田 吉春; 権代 陽嗣*; 中村 裕也*; Zhang, B.*; 松元 達也*; 守田 幸路*

Experimental Thermal and Fluid Science, 48, p.110 - 121, 2013/07

 被引用回数:13 パーセンタイル:29.21(Thermodynamics)

Although in the past, several experiments have been conducted to investigate the self-leveling behavior of debris beds, most of these were under comparatively lower gas velocities, the findings of which might be not directly applicable to actual reactor accident conditions. Current experiments were conducted using gas-injection in a large-scale cylindrical tank, in which nitrogen gas, water and different kinds of solid particles, simulate the fission gas, coolant and fuel debris, respectively. During experiments, to accomplish the bubble-based leveling as expected in reactor conditions, two experimental approaches, termed respectively as the gas pre-charge method and the pressure-adjustment method, have been attempted. Through elaborate comparisons and evaluations, it is found that compared to the gas pre-charge way the pressure-adjustment method can alleviate the liquid disturbance from bottom inlet pipelines more effectively. Further, based on experimental data using pressure-adjustment method, influence of particle size, particle density and gas flow rate on the leveling has been confirmed under current higher gas velocities. In addition, the liquid convection in the water pool, which is not evident within lower gas velocities, is observed to play an important role within current conditions, especially for experimental runs using larger-size but lower-density particles at rather higher gas flow rates.

論文

Optically observation of mercury cavitation bubble collapsing

直江 崇; 二川 正敏

Experimental Thermal and Fluid Science, 44, p.550 - 555, 2013/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:78.45(Thermodynamics)

水銀中でのキャビテーション気泡の振る舞いを詳細に調べるために、高速度ビデオカメラを用いて、圧力波により水銀・固体界面で発生するキャビテーション気泡の成長崩壊挙動の可視化を系統的に行った。圧力、振動加速度の時刻歴応答の計測により、マイクロジェット及び衝撃波を誘発するキャビテーション気泡の崩壊が音響振動を励起することがわかった。衝撃波の伝播の直後に、膨張波に起因する負圧によると考えられる微小キャビテーション気泡群が環状に崩壊していく様子を視覚的に捕らえた。

論文

Dynamic responses of a solid wall in contact with a bubbly liquid excited by thermal shock loading

二川 正敏; 直江 崇

Experimental Thermal and Fluid Science, 35(6), p.1177 - 1183, 2011/09

 被引用回数:3 パーセンタイル:68.23(Thermodynamics)

核破砕中性子源ターゲットにおける液体水銀中の圧力波を気泡の吸収・減衰効果により低減するために、マイクロバブルを注入することが検討されている。マイクロバブルによる圧力波低減効果は、気泡サイズと圧力上昇速度に依存する。本研究では、注入するマイクロバブルの効果を調べるために陽子線入射に励起されるMPa/$$mu$$sオーダーの圧力上昇を気泡流中で放電法により模擬した。圧力波によって励起される壁面の振動を加速度計により計測するとともに、マイクロバブルの挙動を超高速度ビデオカメラにより観察した。また、気泡流中の音速を差分画像処理法により評価した。その結果、圧力波によって励起される気泡流に接する壁面の振動がマイクロバブルにより低減されることを確認した。

論文

Experimental investigation of bubbling in particle beds with high solid holdup

Cheng, S.*; 平原 大輔*; 田中 鷹平*; 権代 陽嗣*; Zhang, B.*; 松元 達也*; 守田 幸路*; 福田 研二*; 山野 秀将; 鈴木 徹; et al.

Experimental Thermal and Fluid Science, 35(2), p.405 - 415, 2011/02

 被引用回数:19 パーセンタイル:21.28(Thermodynamics)

水を液体として用い観察タンクの底から窒素を発生させバブルを作る実験が2次元(2D)3次元(3D)それぞれの状態で個別に行われた。粒子ベッド高さ(30mmから200mm),粒子直径(0.4mmから6mm)そして、粒子タイプ(アクリルビーズ,ガラス,アルミ,ジルコニウム)等で粒子ベッドに変化を持たせた。これらの実験でイメージ解析によって初めて3種類のバブル特性が観察され、さらに表面バブル頻度、2D, 3D状態の表面バブルサイズなどのバブル挙動の定量的な詳細分析で検証された。

論文

Experimental results of heat transfer coefficients and friction factors in a 2D/3D rib-roughened annulus

高瀬 和之

Experimental Thermal and Fluid Science, 13(2), p.142 - 151, 1996/08

 被引用回数:7 パーセンタイル:49.49

高温高圧条件のもとで3次元または2次元突起を有する環状流路の熱流動特性を調べた。3次元突起を有する環状流路の熱伝達率と摩擦係数は、平滑環状流路の値に比べてそれぞれ乱流域では23%、26%、層流域では21%、17%増加した。熱伝達率と摩擦係数が増加した主な理由として、従来考えられていた3次元突起による伝熱促進効果に加えて流路断面縮小による加速流の影響が無視できないことを実験的に明らかにした。一方、2次元突起を有する環状流路の熱伝達率と摩擦係数は、3次元突起のそれぞれの値に比べて乱流域では50%以上増加するものの、遷移域から層流域にかけては3次元突起の値を下回り、むしろ平滑環状流路の値に近づく結果が得られた。本研究により、この現状は流路の壁面粗さと粘性底層の関係から説明できることが分かった。さらに、2次元突起の伝熱性能は3次元突起の場合に比べて、本実験の範囲では流量一定の条件では約50%、ポンプ動力一定の条件でも約30%以上向上することを確認した。

論文

Thermal-hydraulic study on a double-flat-core high conversion light water reactor

杉本 純; 岩村 公道; 大久保 努; 村尾 良夫

Experimental Thermal and Fluid Science, 4, p.354 - 361, 1991/00

 パーセンタイル:100

原研では、現行の軽水炉と同程度以上の安全を確保した上で、エネルギー資源及び経済上の観点からも魅力的な高転換軽水炉の研究開発を目指している。熱水力の分野では、稠密炉心における現象の把握と最適設計のための解析手法の開発に精力が注がれている。限界熱流束(CHF)実験の結果によれば、KfKの相関式が稠密三角光子燃料棒配列に対して適用出来ることが明らかとなった。水力実験では、各種の炉心幾何学的形状に対する炉心圧力損失を調べた。扁平二重炉心高転換軽水炉は、負のボイド係数、高転換率及び高燃焼度を同時に実現し得るものであるが、以上の実験結果に基づいて、その熱水力学的特性について検討した。その結果、扁平二重炉心高転換軽水炉は、CHF、炉心圧力損失、及びLOCA-再冠水時の安全性の観点から、実現性は高いことが明らかとなった。

論文

Evaluation of heat conduction and visualization of heat flux in a plate making use of heat transfer experiments

功刀 資彰; 秋野 詔夫; 一宮 浩市*; 高木 一郎*

Experimental Thermal and Fluid Science, 4, p.448 - 451, 1991/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:63.82

伝熱実験における基板内熱伝導による局所熱流束の評価方法とこの局所熱流束の可視化について記述された論文である。まず、平行平板流路内に設置された伝熱面温度分布を、著者らが開発した感温液晶を用いた高解像度サーモカメラシステムで可視化・計測(分解能0.01$$^{circ}$$C)し、得られた稠密な温度分布を伝熱面基板上の境界面温度として3次元熱伝導数値解析を実施した。その結果、伝熱面上の局所温度分布に対応した伝熱面基板内の偏差熱流束が求められ、この偏差熱流束の可視化が可能となった。

論文

Results of 0.5% cold-leg small-break LOCA experiments at ROSA-IV/LSTF; Effect of break orientation

浅香 英明; 久木田 豊; 与能本 泰介; 小泉 安郎; 田坂 完二

Experimental Thermal and Fluid Science, 3, p.588 - 596, 1990/00

 被引用回数:18 パーセンタイル:20.74

LSTFによる0.5%コールドレグ破断向き効果実験(横向き、下向き及び上向き)の結果と本実験をRELAP5/MOD2コードを用いて解析した結果の報告である。実験から、破断向きの相違による一次系内熱水力挙動の相違は小さいことが判った。しかしながら、(二相)破断流量は、下向きの場合よりも横向きの方が大きくなるという興味深い結果が得られた。RELAP5原型版では破断流量の予測性能が不充分であったため、計算された一次系内の熱水力挙動は、実験結果と大きく異なった。同コードの臨界流モデル及び破断口における水/蒸気エントレインメントモデルを改良することにより、予測性能が著しく改善され、破断向きの相違による破断流の相違を定量的に予測することに成功した。本改良コードを用いた解析を通じて、横向きと下向きにおける破断流量の相違は、水位振動に伴う破断流量(クオリティ)の非線形振動に起因することを示した。

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