中性子ラジオグラフィーを用いた沸騰二相流の可視化とボイド率計測に関する研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10480118
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 三島 嘉一郎 京都大学, 原子炉実験所, 教授 (60027472)
• 研究分担者: 秋本 肇 京都大学, 原研・東海研究所, グループリーダー ; 齊藤 泰司 京都大学, 原子炉実験所, 助手 (40283684) ; 日引 俊 京都大学, 原子炉実験所, 助教授 (30228746) ; 呉田 昌俊 京都大学, 原研・東海研究所, 研究員
• キーワード: 沸騰二相流 / 限界熱流束 / 流動様式 / ボイド率 / サブクール沸騰 / 狭間隙矩形管 / 中性子ラジオグラフィー / 可視化

研究概要

本研究は、核融合炉プラズマ対向機器、核破砕中性子源固体ターゲットなどの高熱負荷機器の水冷却に関連して、狭間隙流路内の沸騰二相流の熱水力学的検討の第1段階として、その流動特性(流動様式、ボイド率)を明らかにすることを目的とする。計測法として定常熱中性子ビームによる中性子ラジオグラフィーを用いて狭間隙流路内サブクール沸騰二相流の可視化とボイド率計測を行う。
平成10年度は中性子ラジオグラフィー実験用可搬型熱流動実験ループを用いて流路内サブクール沸騰における流動様式の観察及びボイド率計測を行った。実験は、中性子源として日本原子力研究所JRR-3Mを利用し、撮像系として中性子ラジオグラフィー高速度撮像システムを用いた。この実験の結果と既存の相関式との比較により、ボイド率計測の誤差評価が問題となった。そこで、平成11年度は、同じ試験部流路にポリスチレン板を挿入して沸騰二相流を模擬することにより、ボイド率計測法の検証、計測誤差評価を行った。中性子ラジオグラフィーにより得られた画像を画像処理装置により処理し、Σ-スケーリング法によりポリスチレン板の等価ボイド率を求め理論値と比較することにより、高速度撮像による瞬時ボイド率計測及び時間平均ボイド率計測について、計測誤差の評価を行った。平成12年度は、平成11年度までに開発・検証された方法により狭間隙流路内沸騰二相流の瞬時ボイド率分布及び時間平均ボイド率分布のデータを取得し、その流動特性の詳細について調べた。これにより得られたデータを解析し、狭間隙流路内の沸騰二相流の限界熱流束近傍の流動様式、サブクール沸騰域におけるボイド率分布の詳細構造等について有益な知見が得られた。

研究成果

• [文献書誌] M.Kureta,T.Hibiki,K.Mishima,& H.Akimoto: "Visualization and void fraction measurement of subcooled boiling water flow in a narrow rectangular channel using high-frame rate neutron radiography"Proc.2nd International Symposium on Two-Phase Flow Modeling and Experimentation, Pisa, Italy. 3. 1509-1514 (1999)
• [文献書誌] M.Kureta,T.Hibiki,K.Mishima and H Akimoto: "Viod fraction measurement of subcooled boiling of water by using the high frame rate neutron radiography"Proc 6th World Conference on Neutron Radiography, Osaka, Japan. (1999)
• [文献書誌] T.Hibiki and K.Mishima: "Flow regime transition criteria for upward two-phase flow in vertical narrow rectangular channels"Nuclear Engineering and Design. 203巻. 117-131 (2001)
• [文献書誌] 呉田昌俊,日引俊,三島嘉一郎,秋本肇: "中性子ラジオグラフィ高速度撮像法の沸騰流計測への応用(第1報、計測誤差評価とボイド率計測)"日本機械学会論文集(B編). 67巻653号(掲載予定). (2001)
• [文献書誌] 呉田昌俊,日引俊,三島嘉一郎,秋本肇: "中性子ラジオグラフィ高速度撮像法の沸騰流計測への応用(第2報,短加熱長矩形流路内沸騰流の正味の沸騰開始点)"日本機械学会論文集(B編). (掲載予定). (2001)