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2014 年度 実施状況報告書

ロッドバンドル内低流速気液二相流の流動特性と界面積濃度輸送機構解明に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 26420870
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) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード燃料集合体内気液二相流 / ボイド率 / 界面積濃度 / ドリフトフラックスモデル / 界面輸送モデル / 気液二相流計測 / データベース構築 / 国際研究者交流
研究実績の概要

軽水型原子炉炉心燃料集合体(ロッドバンドル)内気液二相流特性を予測可能なモデルを開発する目的を実現するために、平成26年度は初年度として以下の実験研究と理論開発を実施した。
(1)流れの発達過程が流動特性に及ぼす影響を検証可能なロッドバンドル内低流速気液二相流の実験ループを京都大学に新たに設置した。(2)スケーリング手法を用いて、軽水型原子炉炉心の模擬燃料集合体試験部を新規設計と製作した。そのチャンネルボックスの断面は10cm×10cmで、高さは3mである。その中には6×6ロッドバンドル(ロッド径10mm、ロッド間最小間隔6.7mm)が設置された。試験部の入口と出口には、それぞれ気液混合器と気液分離器が設置された。試験部流れ方向の三個所(高さ0.75m、1.75mと2.75m)には4センサー・プローブの取り付け部を設計・製作・作動確認した。(3)差圧計と気液二相の流量計を含む計測系を設置し、差圧計を用いてロッドバンドル内空気―水気液二相流の流れ方向の局所圧力損失を計測し、流れ方向の断面平均ボイド率と圧力損失のデータベースを構築した。(4)高速度カメラの撮影と照明システムを整備し、ロッドバンドル内空気―水気液二相流に対する画像計測を実施し、流動様式など気泡挙動と特性のデータベースを構築した。(5)既存ロッドバンドル二相流のボイド率、圧力損失等のデータ及びモデルを収集し、本年度研究で取得したデータとの比較と適用分析を行った。(6)今後使用予定の4センサー・プローブ計測法の検証と理論改良を行った。(7)本研究の一部として、断面10cm×10cmと高さ3mの空チャンネルボックスの空気―水気液二相流の実験データを取得し、大口径管内気液二相流の流動特性解析を行った。(8)本年度の研究成果は国内外学術講演会で発表し、国際学術ジャーナルにも投稿と発表した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の計画通り、実験実施環境を概ね整えることが完了しており、初年度のロッドバンドル内気液二相流の断面平均ボイド率と圧力損失データの取得ができた。それに関連する既存の基礎データとモデルに関する収集・検討も概ねできた。この結果、当初計画どおり、次年度以降は4センサー・プローブの詳細計測によるデータベースの構築及び低流速ドリフトフラックスモデルと界面輸送モデルの開発作業に問題なく移行できることから本判定とした。

今後の研究の推進方策

当初計画どおり研究が進展しており、このまま計画通りに研究を遂行する予定である。

次年度使用額が生じた理由

当初、ロッドバンドル内気液二相流の圧力損失計測に必要な複数台の液体差圧センサーを全部新たに購入する予定だったが、現有の部品をその一部液体差圧センサーとしての再利用ができ、次年度使用額が生じた。

次年度使用額の使用計画

平成26年度生じた次年度使用額を含む平成27年度の請求助成金の使用計画は以下のとおりである。
実験においては、4チャンネルの光ファイバー計測アンプとプローブの部品購入と製作費、流動ループ装置と流動計測系統の維持費等に充てるとともに、実験結果記録用媒体の購入費と実験補助者への謝金として使用する予定である。一方、モデル開発においては、国内外研究調査及び困難が生じた時海外共同研究者の援助を得るための招聘打ち合せを予定している。また、得られた研究成果を学会等にて発表するための出張旅費と参加費として使用することも考えている。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Bubbly-to-cap bubbly flow transition in a long-26m vertical large diameter pipe at low liquid flow rate2015

    • 著者名/発表者名
      Shen, Xiuzhong; Hibiki, Takashi; Nakamura, Hideo
    • 雑誌名

      International Journal of Heat and Fluid Flow

      巻: 52 ページ: 140-155

    • DOI

      10.1016/j.ijheatfluidflow.2015.01.001

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Experimental study on the safety of Kyoto University research reactor at natural circulation cooling mode2015

    • 著者名/発表者名
      Zhang, Jian; Shen, Xiuzhong; Fujihara, Yasuyuki; Sano, Tadafumi; Yamamoto, Toshihiro; Nakajima, Ken
    • 雑誌名

      Annals of Nuclear Energy

      巻: 76 ページ: 410-420

    • DOI

      10.1016/j.anucene.2014.10.010

    • 査読あり
  • [雑誌論文] CFD simulation on hydrodynamics in fluidized beds: assessment of gradient approximations and turbulence models2015

    • 著者名/発表者名
      Guo, Yuan; Deng, Baoqing; Ge, Daqiang; Shen, Xiuzhong
    • 雑誌名

      Heat and Mass Transfer

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1007/s00231-014-1478-y

    • 査読あり
  • [学会発表] 気液二相流用高精度4センサ・プローブ計測法の開発2015

    • 著者名/発表者名
      沈秀中、中村秀夫
    • 学会等名
      第49回京都大学原子炉実験所学術講演会,トピックス講演論文番号:T4,pp. 64-66
    • 発表場所
      大阪府熊取町
    • 年月日
      2015-01-28 – 2015-01-29
    • 招待講演
  • [学会発表] Local measurements of 3-D bubble velocity vector, bubble diameter and interfacial area concentration in a vertical large diameter square duct2014

    • 著者名/発表者名
      Shen, Xiuzhong, Hibiki, Takashi, Sun, Haomin, Nakamura, Hideo
    • 学会等名
      Proceeding of the 9th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-9), Paper No.: N9P0011
    • 発表場所
      Buyeo, Korea
    • 年月日
      2014-11-16 – 2014-11-19
  • [学会発表] Implementation of two-group interfacial area transport in a one-dimensional computational environment2014

    • 著者名/発表者名
      Schlegel, Joshua P., Hibiki, Takashi, Ishii, Mamoru, Shen, Xiuzhong, Appathurai, S.
    • 学会等名
      Proceeding of International Topical Meeting on Advances in Thermal Hydraulics 2014 (ATH’14), Paper No.: 042, pp. 555-567
    • 発表場所
      Reno, Nevada, USA
    • 年月日
      2014-06-15 – 2014-06-19
  • [備考] 京都大学教育研究活動データベース 沈秀中ホームページ

    • URL

      https://kyouindb.iimc.kyoto-u.ac.jp/j/iL4nC

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公開日: 2016-05-27  

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