反応度事故時の原子炉チャンネルにおける高温金属-水反応を伴う凝縮過渡二相流

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 62460229
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 戸田 三朗 東北大学, 工学部, 教授 (60005387)
• 研究分担者: 黒川 政秋 東北大学, 工学部, 助手 (70143021) ; 堀 豊 東北大学, 工学部, 助手 (20173619)
• キーワード: 反応度事故 / 過渡二相流 / 凝縮気泡 / ボイド率分布 / 画像処理 / 非凝縮性ガス

研究概要

今年度は、前年度に引続き、水冷却型原子炉の反応度事故時に過渡沸騰により発生した蒸気ボイドがサブク-ル水中で凝縮、消滅していく過程を模擬した過渡二相流実験を実施した。実際の反応度事故時には、燃料棒被覆管の主材料であるジルコニウムと水及び蒸気とが1000℃以上の高温で反応し、水素ガスが発生することが予想される。この非凝縮性ガスである水素ガスが、流動している蒸気泡と混合した場合、蒸気泡の凝縮・消滅挙動に大きな影響を及ぼすと思われる。従って、今年度は試験部に非凝縮性ガスとして窒素ガスを混入し、その混入量により加熱部で発生した蒸気の加熱部以降の非加熱部における凝縮量がどの様に変化するかを調査した実験を行った。その結果、窒素ガスの流量が増加するに従って、凝縮による流れに沿った断面平均ボイド率の減少の曲線の傾きはゆるやかになり、非凝縮性ガスの存在により蒸気凝縮率が小さくなることが明かとなった。これは、蒸気と窒素ガスが混合して気泡を形成した場合、蒸気の分圧が低くなり、気液界面近傍の液温での飽和蒸気圧より低下することが原因の一つと考えられる。このため、界面付近の液相が蒸発し、気液界面と周囲サブク-ル液との温度差が減少することにより、蒸気相の凝縮速度が小さくなる。また、蒸気のみが凝縮するため界面付近の窒素ガスの濃度が高くなり、蒸気とサブク-ル液を遮る膜となって、凝縮を阻害することも原因の一つとして考えられる。
本研究では、流れに沿った断面平均ボイド率の変化を測定するために、画像処理技術を用いた二相流計測法を新たに開発しているが、試験部を流動する二相流の相判別は画像処理によりコンピュ-タに代行させている。今年度は、その相判別プログラムを改良することにより、昨年度まで気液界面位置の正確な計測が困難であった小気泡の分散した気泡流においても、正確な気泡形状の測定が可能となった。

研究成果

• [文献書誌] S.Toda and Y.Hori: "Void fraction distribution in two-phase single-component condensing flow" Proceeding of Japan-US Seminar on Two-Phase Flow Dynamics,Ohtsu. D、2. 1-8 (1988)
• [文献書誌] Y.Hori,S.Toda and M.Kurokawa: "Two-phase flow phenomena with condensed vapor phase in subcooled bulk flow in a tube" Proceeding of 1st JSME-KSME Thermal and Fluids Engineering Conference,Seoul. 2. 218-223 (1988)
• [文献書誌] S.Toda and Y.Hori: "Dynamic relationships between void fraction and temperaturedistribution in subcooled bulk flow in a vertical tube" Proceeding of 4th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics,Karlsruhe. 2. 1151-1156 (1989)
• [文献書誌] Y.Hori,S.Toda and K.Agawa: "Measurement of two-phase flow parameters using image processing techinques" Proceeding of 3rd ASME-JSME Termal Engineering Conference(発表予定). (1991)
• [文献書誌] 堀豊,戸田三朗,新保仁,黒川政秋: "凝縮を伴う管内二相流に関する研究(気相凝縮率を導入した解析)" 第26回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 2. 619-621 (1989)
• [文献書誌] 堀豊,戸田三朗,竹内公人,黒川政秋: "画像処理技術を用いた二相流計測法(第2報)" 第27回日本伝熱シンポジウム講演論文集. (1990)