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沸騰流中の障害物による液膜のドライアウトとバーンアウト発生機構の熱流動工学的研究

研究課題

研究課題/領域番号 02J09203
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 流体工学
研究機関九州大学

研究代表者

森 昌司  九州大学, 大学院・工学研究院, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2002 – 2003
研究課題ステータス 完了 (2003年度)
配分額 *注記
2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
2003年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2002年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
キーワード混相流 / ドライアウト / バーンアウト / 流動障害物
研究概要

沸騰水型原子炉の熱工学的な設計上の制約は燃料棒支持用スペーサ近傍での熱除去に因ることが,実規模実験より確認されている.しかしスペーサ近傍の冷却材(水)の挙動と加熱管がバーンアウトへ至る機構は明確ではない.さらに前年度の研究成果を踏まえ,本年度はスペーサ近傍における液膜の消失およびバーンアウトへ至る機構を実験的により詳細に明らかにするとともにスペーサが下流に与える影響を解明することを目的とした.
本年度,得られた主な知見は以下の通りである.
1.スペーサ設置部を通過するじょう乱波により変動するスペーサ部の差圧を測定し,その差圧変動からじょう乱波通過間隔を詳細に測定し統計的に処理することでドライアウトおよびバーンアウト発生確率について興味深い結果を得た.つまりスペーサ上流側は,一旦ドライアウトすると液膜が再付着しにくいため,バーンアウトが発生しやすく,その反対にスペーサ内部ではドライアウトしてもじょう乱波の通過により液膜が付着しやすいため,バーンアウトの発生確率は低い.また,時々刻々のドライアウト発生を説明するには,二相流固有の非定常性を考慮する必要があること,およびバーンアウト発生において,スペーサがその下流に与える影響が非常に大きいことなどが明らかになった.
2.実機ではスペーサが軸方向に複数個設置されているので,スペーサを2個設置した場合のバーンアウト発生の解明を目的として,特に上流側スペーサの下流に着目し,スペーサがその下流の熱流動現象に与える影響を明らかにした.つまり,スペーサはじょう乱波流れの液膜厚さを平均化し,その下流の基底液膜厚さを厚くする効果があり,それによって,スペーサ下流で液膜のドライアウトが起きにくくなるため,バーンアウト熱流束か増大する.さらにスペーサ近傍で発生するバーンアウトに対して二相流の非定常性を十分考慮した信頼性のあるバーンアウト発生モデルを提案した.この流動モデルを用いればより正確な限界出力の予測が可能になると考えられる.
以上,一連の本研究で得られた結果は,従来より,長い間考えられてきたスペーサ直上流で発生するバーンアウト発生のシナリオを覆すものであり,限界熱流束の予測に関するサブチャンネル解析の機構論的モデルの開発に寄与する重要な結果を与えることができる.

報告書

(2件)
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (7件)

  • [文献書誌] 森昌司, 深野徹: "鉛直な環状流路内沸騰二相流中の流動障害物を通過するじょう乱波による差圧変動特性とバーンアウト発生との関係"日本機械学会論文集B編. 69-680. 909-917 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Mori S., Fukano T.: "Influence of a Flow Obstacle on the Occurrence of Burnout in Boiling Two-Phase Upward Flow within a Vertical Annular Channel"Nuclear Engineering and Design. 225/1. 49-63 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 森昌司, 冨永彰, 深野徹: "鉛直な環状流路内沸騰二相流中の流動障害物がその下流におけるバーンアウト発生に与える影響"日本機械学会論文集B編. 70-689(一月号に掲載予定のため現在の所,不明). (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Fukano T.: "Relation between Temperature Fluctuation of a Heating Surface and Generation of Drypatch Caused by a spacer in a Vertical Boiling Two-phase flow in a narrow annular channel"Nuclear Engineering and Design. 217・1-2. 81-90 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Fukano T.: "Fluctuation Characteristics of Heating Surface Temperature Near an Obstacle in Transient Boiling Two-Phase Flow in a Vertical Annular Channel"Nuclear Engineering and Design. 219・1. 47-60 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 森 昌司: "鉛直な環状流路内沸騰二相流中の流動障害物近傍におけるじょう乱波による差圧変動特性とバーンアウト"第39回日本伝熱シンポジウム講演論文集. Vol.1. 181-182 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Fukano T.: "Fluctuation Characteristics of Heating Surface Temperature Near an Obstacle in Transient Boiling Two-Phase Flow in a Vertical Annular"Proceeding of 7th Workshop on Transport Phenomena in Two-Phase Flow. 1-14 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2024-03-26  

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