ミニチャネル内気液二相流の界面積濃度輸送機構解明に関する研究

• 研究課題/領域番号: 23561011
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 原子力学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 沈 秀中 京都大学, 原子炉実験所, 助教 (20362410)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2013年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2012年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2011年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: ミニチャンネル内気液二相流 / 気泡流の画像処理計測法 / 界面積濃度 / ボイド率 / 界面積濃度輸送方程式の開発 / 気泡合一と分裂のモデル化 / フォーセンサープローブ / 国際研究者交流 / 多センサープローブ / ミニチャネル内気液二相流 / 流体工学

研究概要

本研究では、二次元気液二相流局所計測用画像処理法と三次元気液二相流局所計測用フォーセンサープローブ法を開発・整備し、ミニチャネル（即ち狭間隙矩形管）内気液二相流における局所流動特性値（ボイド率、界面積濃度、気相速度、気泡径等）の測定と解析を行い、データベースを構築した。これらの実験データを利用して、既存の摩擦圧力損失モデル、ドリフトフラックスモデルの相関式及び界面積濃度の相関式を検証・改良した。更に、狭隘矩形管内気泡の平たくする特性を利用して、狭隘矩形管内気液二相流用界面積濃度輸送方程式、乱流誘起のランダム衝突による気泡合体のモデルと乱流渦衝突による気泡分裂のモデルを提案・検証した。

研究成果

• [雑誌論文] Upward air-water bubbly flow characteristics in a vertical square duct (2014)
  • 著者名/発表者名: Sun, Haomin, Kunugi, Tomoaki, Shen, Xiuzhong, Wu Dazhuan, Nakamura, Hideo
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Science and Technology 巻: Vol. 51, No. 3 号: 3 ページ: 267-281
  • DOI: 10.1080/00223131.2014.863718
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spherical-bubble-based four-sensor probe signal processing algorithm for two-phase flow measurement (2014)
  • 著者名/発表者名: Shen, Xiuzhong; Nakamura, Hideo
  • 雑誌名: International Journal of Multiphase Flow 巻: 60 ページ: 11-29
  • DOI: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2013.11.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local interfacial velocity measurement method using a four-sensor probe (2013)
  • 著者名/発表者名: Shen, Xiuzhong, Nakamura, Hideo
  • 雑誌名: International Journal of Heat and Mass Transfer 巻: Vol. 67 ページ: 843-852
  • DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.08.064
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-group interfacial area transport equation and its sink and source terms in narrow rectangular channel (2013)
  • 著者名/発表者名: Shen, Xiuzhong; Hibiki, Takashi
  • 雑誌名: International Journal of Heat and Fluid Flow 巻: 44 ページ: 312-326
  • DOI: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2013.06.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reactivity insertion transient analysis for KUR low-enriched uranium silicide fuel core (2013)
  • 著者名/発表者名: Shen, Xiuzhong; Nakajima, Ken; Unesaki, Hironobu; Mishima, Kaichiro
  • 雑誌名: Annals of Nuclear Energy 巻: 62 ページ: 195-207
  • DOI: 10.1016/j.anucene.2013.06.014
  • NAID: 120005315979
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-dimensional interfacial area transport of vertical upward bubbly flow in narrow rectangular channel (2012)
  • 著者名/発表者名: Shen, Xiuzhong, Hibiki, Takashi, Ono, Takafumi, Sato, Kenichi, Mishima, Kaichiro
  • 雑誌名: International Journal of Heat and Fluid Flow 巻: Vol. 36 ページ: 72-82
  • DOI: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2012.04.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Developing structure of two-phase flow in a large diameter pipe at low liquid flow rate (2012)
  • 著者名/発表者名: Shen, Xiuzhong, Hibiki, Takashi, Nakamura, Hideo
  • 雑誌名: International Journal of Heat and Fluid Flow 巻: Vol. 34 ページ: 70-84
  • DOI: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2012.02.004
  • NAID: 120004079443
  • 査読あり
• [学会発表] Interfacial area transport of Gas-liquid bubbly flow in mini channel (2013)
  • 著者名/発表者名: Shen, Xiuzhong, Hibiki, Takashi
  • 学会等名: The 15^<th> International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-15)
  • 発表場所: Pisa Congress Palace, Pisa, Italy(Paper No.: NURETH15-439)
• [学会発表] 研究炉安全に関する炉心模擬流路内気液二相流の界面積濃度輸送モデルの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 沈秀中, 日引俊
  • 学会等名: 第47回京都大学原子炉実験所学術講演会
  • 発表場所: 京都大学原子炉実験所,大阪(論文番号:P27,pp. 166-171)
• [学会発表] Interfacial area transport of Gas-liquid bubbly flow in mini channel (2013)
  • 著者名/発表者名: Shen, Xiuzhong; Hibiki, Takashi
  • 学会等名: The 15th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-15)
  • 発表場所: Pisa, Italy
• [学会発表] A Study on Air-water Two-phase Upward Turbulent Flow in a Large Square Duct (2013)
  • 著者名/発表者名: Sun, Haomin; Kunugi, Tomoaki; Shen, Xiuzhong; Nakamura, Hideo
  • 学会等名: The 8th International Conference on Multiphase Flow (ICMF) 2013
  • 発表場所: Jeju, Korea
• [学会発表] 大口径正方形管内気液二相流の流動特性研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 沈秀中、日引俊、中村秀夫
  • 学会等名: 日本混相流学会混相流シンポジウム2013
  • 発表場所: 長野県信州大学工学部
• [学会発表] 研究炉安全に関する炉心模擬流路内気液二相流の界面積濃度輸送モデルの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 沈秀中、日引俊
  • 学会等名: 第47回京都大学原子炉実験所学術講演会
  • 発表場所: 京都大学原子炉実験所（大阪府）
• [学会発表] Interfacial area transport of Gas-liquid bubbly flow in mini channel (2013)
  • 著者名/発表者名: Shen, Xiuzhong, Hibiki, Takashi
  • 学会等名: 15th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-15)
  • 発表場所: Pisa, Italy
• [学会発表] Experimental Investigation on Natural Circulation Capability of Kyoto University Research Reactor (2013)
  • 著者名/発表者名: Zhang, Jian, Shen, Xiuzhong, Fujihara, Yasuyuki, Sano, Tadafumi, Yamamoto, Toshihiro, Nakajima, Ken
  • 学会等名: 15th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-15)
  • 発表場所: Pisa, Italy
• [学会発表] 研究炉燃料要素の彎曲狭隘矩形流路内の伝熱と流動研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 沈秀中, 鄧保慶
  • 学会等名: 第46回京都大学原子炉実験所学術講演会
  • 発表場所: 京都大学原子炉実験所,大阪(論文番号:P5,pp. 95-100)
• [学会発表] New Four-Sensor Probe Theory for Multi-Dimensional Two-Phase Flow Measurement (2012)
  • 著者名/発表者名: Shen, Xiuzhong, Nakamura, Hideo
  • 学会等名: The 8th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS8)
  • 発表場所: Beppu International Convention Center, Beppu, Oita Japan(Paper No.: N8P1006)
• [学会発表] Gas-Liquid Bubbly Turbulent Upward Flow in Square Duct (2012)
  • 著者名/発表者名: Sun, Haomin, Kunugi, Tomoaki, Wu, Dazhuan, Zhang, Hongna, Nakamura, Hideo, Shen, Xiuzhong
  • 学会等名: The 20th International Conference on Nuclear Engineer
  • 発表場所: The Disneyland Hotel, Anaheim, California, USA(Paper No.: ICONE20POWER2012-54918)
• [学会発表] New Four-Sensor Probe Theory for Multi-Dimensional Two-Phase Flow Measurement (2012)
  • 著者名/発表者名: Shen, Xiuzhong, Nakamura, Hideo
  • 学会等名: 8th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS8)
  • 発表場所: Beppu, Japan
• [学会発表] Studies of ADS for neutron source in the Kyoto University Research Reactor Institute (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshiie, T., Fukumoto, K., Ishi, Y., Ito, D., Kuriyama Y., Misawa, T., Pyeon, C., Saito, Y., Sato, K., Shen X., Xu , Q.
  • 学会等名: 11th International Workshop on Spallation Materials Technology
  • 発表場所: Ghent, Belgium
• [学会発表] 研究炉燃料要素の彎曲狭隘矩形流路内の伝熱と流動研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 沈秀中、鄧保慶
  • 学会等名: 第46回京都大学原子炉実験所学術講演会
  • 発表場所: 京都大学原子炉実験所（大阪府）
• [学会発表] Gas-Liquid Bubbly Turbulent Upward Flow in Square Duct (2012)
  • 著者名/発表者名: Sun, Haomin, Kunugi, Tomoaki, Wu, Dazhuan, Zhang, Hongna, Nakamura, Hideo, Shen, Xiuzhong
  • 学会等名: the 20th International Conference on Nuclear Engineer
  • 発表場所: Anaheim, California, USA
• [図書] Chapter 2 Flow Characteristics and Void Fraction Prediction in Large Diameter Pipes, L. Cheng (ed.), Forntiers and Progress in Multiphase Flow I (2014)
  • 著者名/発表者名: Shen, Xiuzhong, Schlegel, Joshua P., Chen, Shaowen, Rassame, Somboon, Griffiths, Matthew J., Hikiki, Takashi, Ishii, Mamoru
  • 出版者: Springer International Publishing Switzerland(Print ISBN 978-3-319-04357-9, Online ISBN 978-3-319-04358-6)
• [図書] Flow Characteristics and Void Fraction Prediction in Large Diameter Pipes, SpringerBriefs in Forntiers and Progress in Multiphase Flow (2013)
  • 著者名/発表者名: Shen, Xiuzhong, Schlegel, Joshua P., Chen, Shaowen, Rassame, Somboon, Griffiths, Matthew J., Hikiki, Takashi, Ishii, Mamoru
  • 総ページ数: 62
  • 出版者: Springer Verlag, Berlin, Germany
• [備考]
  • URL: http://kyouindb.iimc.kyoto-u.ac.jp/j/iL4nC
• [備考] 京都大学 教育研究活動データベース 沈秀中のホームページ
  • URL: http://kyouindb.iimc.kyoto-u.ac.jp/j/iL4nC
• [備考] 気液二相流の詳細構造に関する研究
  • URL: http://www.rri.kyoto-u.ac.jp/TH/cn7/research.html
• [備考]
  • URL: http://kyouindb.iimc.kyoto-u.ac.jp/j/iL4nC
• [産業財産権] 気液2相流パラメータ測定装置及びコンピュータプログラム(フォーセンサー・プローブによる多次元気液二相流の気泡速度、 気泡径、界面積濃度の計測方法及び装置) (2012)
  • 発明者名: 沈秀中
  • 権利者名: 沈秀中
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2012-111619
  • 出願年月日: 2012-05-15
  • 外国
• [産業財産権] 気液２相流パラメータ測定装置及びコンピュータプログラム（フォーセンサー・プローブによる多次元気液二相流の気泡速度、気泡径、界面積濃度の計測方法及び装置） (2012)
  • 発明者名: 沈秀中
  • 権利者名: 沈秀中
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2012-111619
  • 出願年月日: 2012-05-15