流動層燃焼炉/反応炉における熱流動の数理モデル構築に関する研究(ホットモデルにおける実時間可視化画像計測と構成関係式の同定)

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11450091
• 研究機関: 関西大学
• 研究代表者: 小澤 守 関西大学, 工学部, 教授 (60112009)
• 研究分担者: 松本 亮介 関西大学, 工学部, 助手 (50268314) ; 石原 勲 関西大学, 工学部, 教授 (30067657)
• キーワード: 流動層 / 高温特性 / 空隙率 / X線ラジオグラフィ / 中性子ラジオグラフィ / 可視化画像定量計測 / 層材挙動

研究概要

本研究は高温状態での流動層の熱流動数理モデルの構築を目標としたものであり,第1年目,2年目の成果を踏まえて,本年度においては常温から450℃程度までの流動層内の流動状態のX線ラジオグラフィによる可視化画像定量計測を行った.これに並んで日本原子力研究所における同じ試験流動層を用いた常温状態での可視化,さらに進んで管群を装着した熱交換器モデルのCT計測および流動層内で特に問題になるセグレゲーションに関する検討を行った.
得られた結果を以下に列挙する.
1.中性子ラジオグラフィによる管群内空隙率分布のCT計測し,熱伝達特性との対応関係を明らかにした.管の配列ピッチによって空隙率は影響され,特に層材の運動が激しい管間部分で大きな熱伝達特性を示した.また管群における空隙率およびその変動特性,形成される気泡径,気泡上昇速度を求めるとともにドリフトフラックスモデルに基づくこれら特性量の相関式を求めた.特に気泡径に関しては管の存在の影響を組みこんだ相関式を提案し,管群配置の異なった結果に対しても精度よく予測できることを明かにした.
2.中性子ラジオグラフィによるセグルゲーション過程の可視化を行い,浮遊性粒子,沈降性粒子のセグレゲーションにいたる動的な特性を明かにした.
3.X線ラジオグラフィによる高温流動層の可視化定量計測を行い,中性子ラジオグラフィと同様の,空隙率分布およびその変動特性,気泡径,気泡上昇速度を求めた.層温度の上昇によって気泡の発生が認められる気泡流動化開始速度は変化しないが,低温では気泡発生領域が層の上部に限定されるのに対して,高温状態では層全体で気泡発生がみとめられた.したがって同じ気相容積流束であっても高温状態のほうが層内の撹絆性能が高いことが明かとなった.また中性子ラジオグラフィによって求めた各種特性量の高温状態への適応性について検討した.

研究成果

• [文献書誌] Umekawa, H., Ozawa, M.et al.: "Visualization of large-particle movement in fluidized-bed by neutron radiography"Nondestructive Testing and Evaluation. 16. 377-389 (2001)
• [文献書誌] Onodera, T., Umekawa, H., Ozawa, M.et al.: "Visualization of bed material movements around bubble in a fixed-bed by neutron radiography"Nondestructive Testing and Evaluation. 16. 391-402 (2001)
• [文献書誌] Ozawa, M. et al.: "Bubble behavior and void fraction fluctuation in vertical tube banks immersed in a gas-fluidized bed model"Experimental Thermal and Fluid Science. (印刷中). (2002)
• [文献書誌] Ozawa, M. et al.: "Quantitative flow visualization of fluidized-bed heat exchanger by neutron radiography"Applied Radiation and Isotopes. (印刷中). (2002)