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。

高レイノルズ数MHDチャネル乱流のDNS

佐竹 信一*; 功刀 資彰*; 内藤 宣仁*; 高瀬 和之; 小瀬 裕男*

第18回数値流体力学シンポジウム講演要旨集(CD-ROM), 4 Pages, 2004/12

乱流は原子炉内でよく見られる現象であり、流体中の乱れのエネルギーによって伝熱機構や流動パターンが大きく変化することがわかっている。特に、磁場中においては流路内の速度分布は壁近傍で特有の速度勾配を持つことが指摘されている。そこで、磁場中における大規模乱流構造を直接計算によって調べた。基礎方程式は直交座標の3次元非圧縮性Navier-Stokes方程式と連続の式である。空間方向の離散化は、流れ方向にフーリエスペクトル法、流れと垂直方向に二次精度中心差分を用いた。また、時間方向には、非線形項は三次精度Runge-Kutta法、粘性項はCrank-Nicolson法で離散化した。一連の解析で予測した磁場中における高レイノルズ数乱流速度分布は、実験値とよく一致することがわかった。本提案の解析手法を使って磁場中における乱流構造を直接計算できる高い見通しが得られた。

Quadrature frequency conversion scheme using CsLiBO crystals for the efficient second-harmonic generation of high power Nd:YAG laser

桐山 博光; 松岡 伸一; 中野 文彦*; 山川 考一

Optical Review, 7(4), p.281 - 283, 2000/07

https://doi.org/10.1007/s10043-000-0281-9

極短パルス・超高ピーク出力チタンサファイアレーザーの励起効率の向上を目的として高効率波長変換器の開発を行っている。本波長変換器は低い入射レーザー光強度で高い変換効率を達成するため、2つの非線形光学結晶の光軸を垂直に配置した矩象波長変換方式を採用している。本実験では、入射レーザー光に1064-nmNd:YAGレーザー光(繰り返し率: 10Hz)を用い、非線形光学結晶に大型結晶の育成が容易なタイプII位相整合のCLBO結晶を用いた。1064-nm入射レーザー光強度に対する532-nm第二高調波変換効率特性を取得した。比較のために入射レーザー光を1つの結晶に対して1回通過させた典型的な従来法を用いた変換効率も取得した。本波長変換方式を用いることにより、従来法よりも変換効率が向上し、この方式の有効性が示される結果となった。317MW/cmの入射レーザー光強度に対して70%の高い変換効率を得た。平均出力32.1Wの入射レーザー光に対して平均出力22.5Wの第二高調波光出力が得られた。

Dynamic neutron radiography; New method of void fraction measurement in subcooled boiling

呉田 昌俊; 日引 俊*; 三島 嘉一郎*; 秋本 肇

Proceedings of International Workshop on Current Status and Future Directions in Boiling Heat Transfer and Two-Phase Flow, p.103 - 111, 2000/00

新沸騰流計測技術として中性子ラジオグラフィ動画法を開発し、従来計測が困難とされたサブクール沸騰流中の瞬時ボイド率の計測・動画解析、また時間平均ボイド率の測定が可能となった。本報では、まず本計測法を用いて得られるボイド率の計測誤差を固体の模擬体を用いた計測誤差評価実験及び各種誤差原因の解析的検討結果をもとに総合的に評価した。この計測誤差に関する詳細な検討結果から本計測技術により得られるボイド率データの計測精度を明らかにした。また、サブクール沸騰流中の瞬時ボイド率の動画解析による蒸気泡変動量の計測や時間平均ボイド率分布の計測結果をシステムパラメータごとに評価し、ボイド率マップ等データベースを作成した。サブクール沸騰流中のボイド率が高時間分解能で計測できたことにより機構論的バーンアウトアウトモデル等沸騰現象に起因する熱流体解析手法の検証や高精度化が可能となった。

中性子ラジオグラフィによるサブクール沸騰流中のボイド率分布計測技術の開発

呉田 昌俊; 松林 政仁; 秋本 肇

JAERI-Research 99-023, 29 Pages, 1999/03

JAERI-Research-99-023.pdf:1.67MB

大強度中性子源のターゲット等高出力機器の開発に関連し、高熱負荷サブクール沸騰時のボイド率を評価する必要がある。現在までに提案されているボイド率予測法は、円管流路で得られたデータをもとに提案された式が主であり、高熱負荷機器で採用される矩形流路への適用性は検討の必要性があった。しかし、狭間隙矩形流路内沸騰流のボイド率は現在まで計測が困難であったため予測法が確立されていない。そこで本研究では中性子ラジオグラフィを用いて狭間隙矩形流路内沸騰流の気泡挙動を可視化とボイド率分布を計測する技術を新たに開発し、本計測システムを用いてボイド率データベースを作成することを目的とした。本報告書は、中性子ラジオグラフィによるボイド率計測法及び片面加熱狭間隙矩形流路内サブクール沸騰時のボイド率計測結果をまとめた。

Visualization and void fraction measurement of subcooled boiling water flow in a narrow rectangular channel using high-frame-rate neutron radiography

呉田 昌俊; 日引 俊*; 三島 嘉一郎*; 秋本 肇

Two-Phase Flow Modelling and Experimentation 1999, p.1509 - 1514, 1999/00

中性子ラジオグラフィという新たな方法を熱流動現象の定量化に適用するため新計測システムを開発し、本システムを用いてボイド率の計測を行った。本計測法を用いることにより従来計測が困難であった金属流路内流動、熱的非平衡系内流動、また狭間隙流路内での気泡挙動の可視化とボイド率の定量化が可能となった。本報には、核融合炉のプラズマ対向機器等片面から高熱負荷を受ける狭間隙流路内サブクール沸騰時の気泡挙動を高速度撮像法により可視化し、時間平均ボイド率分布を計測した結果を示した。次に得られたボイド率分布から沸騰開始条件を決定し、既存の予測法と比較した。そして、計測されたボイド率分布と既存のボイド率予測法を比較し、適用の可能性を検討した。検討の結果、既存の予測法では、加熱長が短い矩形流路内サブクール沸騰時のボイド率を適切に予測することが困難であることがわかった。

Experimental study on heat transfer augmentation for high heat flux removal in rib-roughened narrow channels

M.S.Islam*; 日野 竜太郎; 羽賀 勝洋; 門出 政則*; 数土 幸夫

Journal of Nuclear Science and Technology, 35(9), p.671 - 678, 1998/09

https://doi.org/10.3327/jnst.35.671

大強度核破砕中性子源となる固体ターゲット板に発生する高熱流束を除去するためのターゲット冷却流路の設計に資することを目的として、0.2mmの高さの矩形リブをピッチと高さの比(p/k)が10と20の条件で設けた片面一様加熱の狭隘矩形流路の乱流域における圧力損失及び熱伝達特性を実験的に調べ、それらの実験式をレイノルズ数(Re)が、2,400~98,500の範囲で導出した。高さ1.2mmの流路においてp/kが10の場合、Re数が8,000~30,000の範囲でリブのない平滑な流路よりも圧力損失は2倍、熱伝達率は2~2.5倍増大した。流路高さが3.2mmの場合には、圧力損失及び熱伝達率は平滑な流路よりも大きいものの、高さが1.2mmの場合よりも低い結果を得た。

Experimental study on critical heat flux along one-side heated rectangular channel under subcooled conditions

呉田 昌俊; 秋本 肇

Proc. of 6th Int. Conf. on Nucl. Eng. (CD-ROM), 13 Pages, 1998/00

大強度陽子加速器ターゲットなどの高熱流束負荷機器開発と関連して、片面加熱矩形流路内でのバーンアウト熱流束の把握が重要な課題となっている。本研究は、片面加熱矩形流路内を高速流速、高サブクール度の水を強制流動させた場合の、バーンアウト熱流束に及ぼす各種流動パラメータの影響を明らかにすること、また、現象論的バーンアウトモデル構築の第一ステップとして高熱負荷時の沸騰様式を観察し整理することを目的とした。本実験では、数百点のバーンアウトデータを系統的に蓄積した。得られたバーンアウト実験結果から、流路幅や入口水温等各種パラメータがバーンアウト熱流束に及ぼす影響を明らかにした。また、高熱負荷加熱面上を高速に生成・移動するサブクール気泡の流動様式を写真観察し、観察結果をもとに、流動様式を3タイプに分類した。そして、得られた実験結果と円管用に提案されているバーンアウトモデルによる計算結果を比較し、適用の可能性を検討した。

Heat transfer augmentation for high heat flux removal in rib-roughened narrow channels

M.S.Islam*; 日野 竜太郎; 羽賀 勝洋; 門出 政則*; 数土 幸夫

JAERI-Tech 97-008, 46 Pages, 1997/03

JAERI-Tech-97-008.pdf:1.43MB

1.5MWの陽子ビームを受けるターゲットでは最高12MW/mの高熱流束を発生し、それを除去するためにターゲットの冷却材流路である矩形狭隘流路の伝熱促進は極めて重要な工学技術である。本報告では、片面加熱のリブ付き狭隘矩形流路の熱伝達率と摩擦損失係数を従来の実験式を用いて評価した。このとき、リブのピッチ(p)と高さ(k)の比(p/k)を10~30、また、リブ高さと等価直径(De)の比(k/De)は0.025~0.1で与えた。リブ付き伝熱面は、Re=10000、p/k=10、k/De=0.1のとき、平滑な面よりも熱伝達率が約4倍向上することが示された。このような熱伝達率の向上により、12MW/mという極めて高い熱流束においても、流動不安定を引き起こす沸騰を生じることなく熱除去が可能なことが分かった。このようなリブ付き矩形狭隘流路の伝熱促進をターゲット冷却と同じ水流動条件下でさらに詳細に調べるための試験装置を検討した。

Study on critical heat flux in rectangular channels heated from one or both sides at pressures ranging from 0.1 to 14 MPa

数土 幸夫

Trans. ASME, Ser. C, 118, p.680 - 688, 1996/08

本報は、片面/両面加熱矩形流路における限界熱流束について、圧力が0.1~14MPa、質量流束が4~28000kg/ms、入口サブクーリングが4~328Kの非常に広い条件下の水を対象に理論的に検討したものである。加熱壁面上にマクロ液膜を仮定し、流速の小、大に応じて流れの特徴を把えた解析モデルを導出し、既存の実験結果と比較した結果、ほぼ30%で実験し得る簡潔な解析解を導出することができた。