2019 Fiscal Year Annual Research Report
Developmental Mechanism of the Critical Heat Flux in Subcooled Flow Boiling - Research on the Vapor-Liquid Structure in the Near Wall Region
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17K06217
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
劉 維 九州大学, 工学研究院, 准教授 (70446417)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小泉 安郎 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 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 嘱託 (20215156)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 限界熱流束 / IVR / 強制流動 / 伝熱面配置角度 / 正味蒸気発生点 / 限界熱流束予測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
限界熱流束（CHF）の予測に関しては、実験データに基づき、適用範囲の制限を持つ相関式による予測法が主流であったが、近年、CHF発生機構に基づいたモデルの開発により適用範囲が制限されない予測法に関する研究が盛んになっている。本研究は、炉心溶融物を原子炉内に閉じ込める炉心溶融物保持(IVR)のような伝熱面配置角度が変化する条件に対しても対応できる機構論的CHFモデルの確立のために、伝熱面配置角度の変化がCHFのスタートポイントである正味蒸気発生点における気泡離脱への影響に関する研究を実施した。
実験研究ではまず気泡離脱挙動を可視化できる試験装置を製作した。試験体は流路と加熱部から構成されている。流路は断面が8 mm×8 mmの正方形である。その一面は銅の加熱面で、残りの三面はガラス製で流路内部の流動の様子を観察できる。銅の伝熱ブロック内部にカートリッジヒーターを挿入し、流路を加熱した。IVRの伝熱面配置角度の変化を模擬するため、試験体角度調整装置を導入した。そして、出口圧力は大気圧で、下向き水平から垂直まで15 °増分ごとに加熱面配置角度を変更し実験を実施し、高速度カメラによる正味蒸気発生点における離脱気泡の記録の他、正味蒸気発生点の試験体入口との距離も計測し、正味蒸気発生点における主流サブクール度も収録した。また、管壁に停留する気泡に作用する力を詳細分析し、伝熱面配置角度の効果を力のバランスに取り入れて、伝熱面配置角度の変化に対応可能な気泡離脱直径モデルを提案した上、実験データより検証した。最後に、新たに開発した気泡離脱モデルを既存の液膜ドライアウトモデルに導入し、伝熱面角度が変化する強制流動サブクール沸騰IVR条件下におけるCHFを精度よく予測できることを確認した。
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