2018 Fiscal Year Annual Research Report

Effect of Wall Wettability on LBE Two-Phase Flow

Research Project

Project/Area Number	16K06959
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	齊藤泰司京都大学, 複合原子力科学研究所, 教授 (40283684)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	伊藤大介京都大学, 複合原子力科学研究所, 助教 (30630024)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords	原子力工学 / 液体金属 / 加速器駆動システム / 鉛ビスマス / 気液二相流 / 濡れ性 / 速度計測 / ボイド率
Outline of Annual Research Achievements	鉛ビスマス冷却型加速器駆動システムの実用化に向けて、壁面濡れ性が鉛ビスマス流動に与える影響を実験的に検討した。実験は鉛ビスマス強制流動ループおよびプール体系試験部を用いて行い、ポテンシャルプローブを用いた液相速度計測とマルチセンサープローブを用いたボイド率計測を行った。本研究では、電気的抵抗式プローブと小型電磁流速計を独自に開発し、垂直管内上昇二相流におけるボイド率分布の発達過程や液相流速分布が精度よく計測できることを示した。低流速、低ボイド率条件において、ボイド率分布と液相速度分布が壁面近傍において最大値をとる特異な現象が現れることを示した。作動流体には、鉛ビスマスと窒素ガスを用い、液温を300℃一定として、窒素ガス流量を変化させて実験を行った。実験結果から、壁面の濡れ性が悪い場合には、気泡が壁面近傍に集中し、速度分布も壁面近傍で最大値をとることがわかった。気泡塔試験部を用いた実験と解析を行い、相分布と速度分布から決まる二相流の分布定数を算出し、実験値と比較した．これらの比較から，環状流路条件では，内壁側にボイド率分布のピーク位置を仮定した解析を行う必要があることを示し、壁面濡れ性が悪い場合には，気泡が上昇過程において壁面近傍に集積する可能性があることを明らかにした。さらに、最終年度は、垂直管内の強制対流条件下における鉛ビスマス気液二相流を対象として、気泡誘起乱流を考慮した半径方向運動量輸送モデルを用いた数値解析を行ない、、壁面におけるスリップ速度を考慮すれば、実験結果を再現できる。これは、濡れ性の悪い壁面上では気泡によって濡れと乾きが繰り返しにより、時間・空間平均的に壁面上でスリップと同等の効果が生じていることを示した。