Extension of fine particle size, number density and velocity simultaneous measurement method to droplets using optical interference fringes

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K18324
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 上澤 伸一郎 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力基礎工学研究センター, 研究職 (80737073)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 流体 / 液滴 / 計測 / 原子力

Outline of Annual Research Achievements

原発再稼働に必要なフィルタードベントのひとつであるベンチュリスクラバの性能評価のため、スクラバ内を高速で運動する微小液滴の計測技術開発が求められている。本研究では、レーザー光を用いた光干渉縞方式による微粒子の計測法を確立し、微小液滴への適用可能性について検討した。具体的な研究実績は以下の通りである。
１．液滴計測装置への改造：液滴計測を実施するため、微粒子計測装置に噴霧ノズルを設けることで、液滴計測装置へ拡張した。
２．液滴の確認：　流量やノズルに対する液滴の物理的特性の確認をハイスピードビデオカメラによる直接撮影を行い、以下の試験で真値とする液滴径、液滴数密度、液滴速度が計測できることを確認した。
３．微粒子計測による試験的データベースの構築　３－１．液滴径に対する電圧信号特性の理解：微粒子と同様に液滴に対しても電圧信号を取得することができた。液滴径と電圧信号特性、干渉縞パターンを計測したところ、定性的に相関関係があることが確認された。３－２．計測可能な液滴の数密度の把握：液滴の数密度が液滴計測に及ぼす影響について検証した。その結果、噴霧ノズル近傍では良好な結果が得られなかった。これはノズル近傍では液滴の数密度が高く、レーザーが透過できなったためと考えられる。一方で、ノズルから十分離れた距離では計測ができることを確認した。３－３．計測可能な液滴速度の把握：流量を調整し、速度をパラメータとした液滴計測を行ったところ、数十m/sまで計測できることを確認した。
４．ベンチュリスクラバへの適用可能性の評価並びに課題抽出：以上の微小液滴に対する試験データから、液滴が十分に分散しているベンチュリスクラバ下流であれば計測が期待できると考えられる。しかしながら、ベンチュリスクラバの作動条件によっては液滴の速度は数百m/sになるので、今後、速度計測範囲の拡張が求められる。