2009 Fiscal Year Annual Research Report
稠密・高出力密度軽水炉との成立性評価に資する機構論的沸騰二相流解析技術の開発
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20360419
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
大川 富雄 Osaka University, 工学研究科, 准教授 (20314362)
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| Keywords | 強制対流沸騰 / 限界熱流束 / ボイド率 / ドライアウト / 流量振動 / 濡れ性 / サブクール沸騰 / 気泡挙動 |
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| Research Abstract |
発振下におけるドライアウト熱流束予測手法を開発することを目的として、均一加熱流路内を流動する強制対流沸騰条件を対象に、入口流量の時間変動が限界出力に及ぼす影響を実験的に調べた。また、流量振動条件における液膜ドライアウトの発生機構について、環状流部液膜内部の速度差に関する理論的考察を実施した。これに加えて、一次元三流体モデルに基づく限界熱流束の数値的予測も実施した。以上に述べた、理論的、実験的および数値解析的検討の結果、定常時限界熱流束でスケーリングすることによって得られる振動時無次元限界熱流束が、加熱長を流量振動波長で除することによって得られる無次元加熱長の単調増加関数として、よく相関できることを示した。これより、環状流部の液膜内部で生じる軸方向液輸送が、振動時における限界熱流束の低下幅を決める上での支配因子であると考えられるとの結論を得た。
伝熱面表面性状を主要なパラメーターとしたプール沸騰実験を行い、加熱面上の沸騰核で形成される蒸気泡の挙動を支配する物理メカニズムの解明にとり組んだ。この結果、気泡には伝熱面からの離脱を促す力が作用おり、伝熱面の濡れ性が高く表面張力による付着力が不十分な場合には、速やかな気泡離脱を生じることを実験的に明らかにした。また、気泡離脱に伴って液体が伝熱面近くに供給されるため、接触角の低下とともに限界熱流束が向上することも明らかにした。さらに、強制対流沸騰条件下でも実験を行った。この結果、濡れのよい伝熱面では、プール沸騰の場合と同様に、気泡の伝熱面付着が生じないことを示した。したがって、既存モデルで仮定されるように、気泡離脱は正味の蒸気生成開始の起因事象とはなり得ない。気泡挙動とボイド率発展の関係を詳細に調べ、気泡合体の有無がボイド率を決定する上で重要な役割を果たしていることを明らかにした。
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