2015 Fiscal Year Research-status Report
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15K14293
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
師岡 愼一 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (10528946)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 熱流動 / 自然循環流量 / 過酷事故 / ナノ流体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、自然循環による溶融炉心冷却システムとナノ流体による限界熱流束向上そして自然循環流量促進効果を組み合わせることにより無電源による溶融炉心冷却を目指している。そのため、ナノ粒子、水そして気相で構成される多相ナノ流体の自然循環流量の評価に必要な多相流体のボイド率、圧力損失を評価するモデルを作成し、試験データと比較する事により、多相ナノ流体の自然循環量を予測する手法を構築し、その手法により溶融炉心冷却システムの性能を評価する。2015年度は、詳細な研究計画の策定、試験装置の設計製作、多相ナノ流体の自然循環流量予測の基礎となる水―空気二相流の自然循環試験そして予測モデルの構築を行った。溶融炉心冷却システムは色々な形状の流路で設計される可能性があるので、円管（内径10,25,36mm）, 矩形管(1辺 10,25mm), テーパ管（拡大管、縮小管）の試験体を用い試験を行った。また、自然循環流量とともに単相流そして二相流における自然循環流路圧力損失分布の測定を行った。作成した自然循環流量予測手法と試験データを比較し、流路形状に依存することなく、予測が可能であることがわかった。流量範囲によって予測精度が異なっており、圧力損失分布を詳細に検討した結果、予測精度を改善するためには二相増倍係数モデルの改良が必要なことがわかった。ナノ粒子としては実機での使用実績などを踏まえてTiO2を選択した。多相ナノ流体試験については、ナノ流体作成方法、試験方法、ナノ流体の廃棄方法について方法を確立した。また、自然循環予測に必要なナノ流体の密度、粘度、表面張力は、試験時にナノ流体をサンプリングして測定する方法を検討し、不透明液体でも測定可能な毛管上昇方式表面張力計、キャンノンフェンス逆流型粘度計を整備した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画では、平成２７年度は１種類の垂直円管の試験体で空気―水と多相ナノ流体を用いた試験を行う予定であった。詳細に試験計画を検討したところ、試験装置にナノ流体をいれると試験装置の色々な部分にナノ流体が付着し、来年度に水―空気のみでの円管の流路径、流路形状（矩形管）をパラメータとした試験を行う場合、ナノ流体の影響が出る可能性があり、試験データの信頼性に疑問がでてしまう。そこで、本年度は、来年度行う予定であった空気―水を用いた円管の流路径、流路形状（矩形管）そして当初計画にはなかったテーパ管（拡大管、縮小管）の試験、多相流体にも適用できる自然循環流量予測する手法の作成そしてこの手法と試験データとの比較を行った。多相ナノ流体試験は、上述の理由により遅れ気味であるが、来年度実施予定だった円管形状以外の流路の設計製作、水―空気試験そして予測モデルとの比較検討を実施し、総合的に考えると順当と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、ナノ流体試験方法を確立し、流路形状を変えた水―空気試験、そして自然循環流量予測法の作成を行った。 来年度は、ナノ流体試験、予測手法の多相ナノ流体への適用性検証・改良、そしてこの手法を用いた溶融炉心冷却システムの評価を行う。当初計画では、本年度は１種類の垂直管の水―空気そして多相ナノ流体試験を行う予定だったが、“現在までの進捗状況”で述べたように試験データへの信頼性の観点より、本年度は 来年度予定だった水―空気試験で流路形状をパラメータとした試験を全て行い、来年度は多相ナノ流体試験を行うことにした。
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| Causes of Carryover |
当初計画では、本年度は１種類の垂直管の水―空気そして多相ナノ流体試験を行う予定だったが、“現在までの進捗状況”で述べたように試験データへの信頼性の観点より、本年度は 来年度予定だった水―空気試験で流路形状をパラメータとした試験を全て行い、来年度は多相ナノ流体試験を行うことにした。ナノ流体試験では ボイド率測定をする予定であったが、来年度行うため、ボイド率測定装置の購入は次年度に行うことにした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額を、ボイド率測定装置の購入にあてる。
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