低減速自然沸騰水型炉の起動時の熱流動特性に関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14380234
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 有冨 正憲 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 教授 (60101002)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 木倉 宏成 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助手 (00302985)
• Keywords: 低減速自然循環沸騰水型 / ガイセリング / 密度波振動 / 超音波パルスのドップラ効果 / ワイヤーメッシュトモグラフ / SBWR / 粒子-流体モデル / 沸騰二相流

Research Abstract

低減速自然循環沸騰水型炉の起動時の熱流動特性に関する研究において,炉心,分割チェムニと気水分離器を模擬した現象の観察が可能な,流路間隙が5mmの並列沸騰流路を有する自然循環実験装置を用い,大気圧下において入口サブクール度の自然循環流動実験を行い,以下のことを明らかにした.
1.昨年度の研究に用いた自然循環沸騰二相流実験装置の出口プレナムを共有する2本の並列沸騰流路のテスト部の流路間隙を5mmから2mmと3mmに変え,自然循環により流路間隙,循環水温と系圧力をパラメータとする実験を行い,数値解析コードの検証用データを取得するとともに,ガイセリング,自然循環流量振動と密度波振動の発生機構を解明し,それらの不安定流動の発生限界と流量振動の特性に及ぼす流路間隙,系圧力と循環水温の影響を調べた.
2.昨年度開発したサンプリング周波数を10kHzまで高めたワーヤー・メッシュ計測装置に関して,矩形流路用の計測ソフトを円管流路用に拡張して,垂直円管流路内の気泡流の流れの発達過程に適用し,超音波パルスのドップラー効果を利用した計測装置と併用して,気液両相の速度分布,ボイド率分布,レイノルズ応力分布,気泡体積分布を計測し,統計処理することにより,気泡流の液相の乱流特性を解明するとともに,気泡流の流れの発達特性を調べた.
3.パルサレシーバを用い,超音波パルスの反射時間を計測し,気液界面の位置を統計的に処理することにより,流動様式を定量的に評価する手法を確立した.
4.昨年度開発した粒子-流体モデルに基づく気泡流の多次元流動解析コードを,昨年度実施した垂直矩形流路内の気泡流の発達過程を計測した実験結果に適用して解析を行い,気泡流の流れの発達特性を支配する物理現象を解明した.
5.二流体モデルに基づく過渡二相流解析コードを沸騰二相流の振動流に適用して,空間メッシュ幅をパラメータとして数値解析を行い,数値解に与える不適切性と数値粘性の影響を明らかにした.

Research Products

• [Publications] M.H.Subki, M.Aritomi, N.Watanabe, H.Kikura, T.Iwamura: "Transport Mechanism of Thermohydraulic Instabilities in Natural Circulation Boiling Water Reactor during Startup"Journal of Nuclear Science and Technology. 40・11. 918-931 (2003)
• [Publications] W.Wangjiraniran, Y.Motegi, S.Richter, H.Kikura, M.Aritomi, K.Yamamoto: "Intrusive Effect of Wire Mesh Tomography On Gas-liquid Flow Measurement"Journal of Nuclear Science and Technology. 40・11. 932-940 (2003)
• [Publications] H.Murakawa, H.Kikura, M.Aritomi: "Measurement of Liquid Turbulent Structure in Bubbly Flow at Low Void Fraction using Ultrasonic Doppler Method"Journal of Nuclear Science and Technology. 40・11. 644-650 (2003)
• [Publications] W.Wangjiraniran, Y.Motegi, H.Kikura, M.Aritomi, S.Richter, K.Yamamoto: "A Study of Bubbly Flow Characteristics in a Vertical Tube Using Wire Mesh Tomography"11th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-11), Tokyo, Japan. (CD-ROM). 36616 (2003)
• [Publications] M.H.Subki, M.Aritomi, N.Watanabe, H.Kikura, M.Chung: "Transport Process of Thermohydraulic Instabilities in Natural Circulation Boiling Water Reactor during Startup"14th International Symposium on Transport Phenomena (ISTP-14), Bali-Indonesia. (CD-ROM). ISTP14551-556-SubkiMH (2003)
• [Publications] N.Watanabe, M.H.Subki, H.Kikura, M.Aritomi, M.Chung: "Effect of Channel Gap on Thermo-Hydraulic Instability in Parallel Boiling Natural Circulation Loop"The 10th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-10), Seoul, Korea. (CD-ROM). A00508 (2003)