JP5101012B2 - Gas-liquid two-phase flow simulation test apparatus and gas-liquid two-phase flow simulation test method - Google Patents
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Description
本発明は、例えば水の沸騰状態を模擬する気液二相流模擬試験装置および気液二相流模擬試験方法に関するものである。 The present invention relates to a gas-liquid two-phase flow simulation test apparatus and a gas-liquid two-phase flow simulation test method for simulating, for example, the boiling state of water.
例えば加圧水型軽水炉(PWR)に用いられる蒸気発生器や、一体型モジュラー軽水炉(以下「IMR」という。;Integrated Modular Reactor)では、高温高圧条件下にて沸騰熱伝達が行われる。この現象は、水と水蒸気からなる気液二相流の複雑な流動状態を示し、その流動特性を把握することは、高温高圧という条件のため一般に困難である。
これを克服するために、常温低圧において高温高圧条件の水および水蒸気と同等の物性値を有するアルコールおよび六フッ化硫黄ガスを用い、実験室レベルで試験を行い得る試験装置が知られている(特許文献1)。
For example, in a steam generator used in a pressurized water reactor (PWR) and an integrated modular light water reactor (hereinafter referred to as “IMR”; Integrated Modular Reactor), boiling heat transfer is performed under high-temperature and high-pressure conditions. This phenomenon shows a complicated flow state of a gas-liquid two-phase flow composed of water and water vapor, and it is generally difficult to grasp the flow characteristics due to the condition of high temperature and high pressure.
In order to overcome this, there is known a test apparatus capable of performing a test at a laboratory level using alcohol and sulfur hexafluoride gas having physical property values equivalent to water and water vapor under high temperature and high pressure conditions at room temperature and low pressure ( Patent Document 1).
しかし、特許文献1に記載された試験装置は、あくまでも沸騰熱伝達時の二相流の流動現象を模擬するものであり、上述の蒸気発生器やIMRのように、沸騰により発生した蒸気の浮力によって水が自然循環する過程を模擬できる構成とはなっていない。したがって、現実に即した蒸気発生器やIMRの流動過程を把握することができない。 However, the test apparatus described in Patent Document 1 merely simulates the flow phenomenon of two-phase flow during boiling heat transfer. It is not configured to simulate the process of natural circulation of water. Therefore, it is impossible to grasp the flow process of the steam generator and the IMR that is realistic.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、発生蒸気気泡による浮力によって水が自然循環する蒸気発生器やIMRの流動過程を把握することができる気液二相流模擬試験装置および気液二相流模擬試験方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is a gas-liquid two-phase flow simulation test that can grasp the flow process of a steam generator and IMR in which water circulates naturally by buoyancy caused by generated steam bubbles. An object is to provide an apparatus and a gas-liquid two-phase flow simulation test method.
上記課題を解決するために、本発明の気液二相流模擬試験装置および気液二相流模擬試験方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる気液二相流模擬試験装置は、高温高圧液体に対して、沸騰現象を支配する物性値が低温低圧にて近似する模擬液体が内部に貯留された容器と、該容器内に配置され、多孔質体とされた側壁部を有する筒体と、高温高圧気体に対して低温低圧にて同等の物性値を有する模擬気体を前記筒体の内部に供給する模擬気体供給手段と、前記筒体の前記側壁部から漏出された前記模擬気体が前記模擬液体中を上昇して該筒体の上方に形成される二相流体のボイド率を得る第1ボイド率取得手段と、該第1ボイド率取得手段から得られたボイド率に基づいて、前記筒体の上方に位置する前記模擬液体が前記容器の下方から上方へと移動する上昇量を算出する上昇量算出手段と、を備えていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the gas-liquid two-phase flow simulation test apparatus and the gas-liquid two-phase flow simulation test method of the present invention employ the following means.
That is, the gas-liquid two-phase flow simulation test apparatus according to the present invention includes a container in which a simulated liquid whose physical property value governing the boiling phenomenon approximates at a low temperature and a low pressure is stored inside the container, and the container And a simulated gas supply means for supplying a simulated gas having a physical property equivalent to a high temperature and high pressure gas at a low temperature and a low pressure to the inside of the cylindrical body. And a first void ratio acquisition means for obtaining a void ratio of a two-phase fluid formed above the cylinder by the simulation gas leaked from the side wall of the cylinder rising in the simulation liquid; Based on the void ratio obtained from the first void ratio acquisition means, an ascending amount calculating means for calculating an ascending amount by which the simulated liquid positioned above the cylindrical body moves upward from below the container ; It is characterized by having.
高温高圧条件における液体(水など)および気体(水蒸気など)の物性値に対して低温低圧にて物性値が近似する模擬液体および模擬気体を用いて、低温低圧での模擬試験を可能にする。模擬液体としては、例えば、エタノールやメタノール等のアルコールが挙げられる。模擬気体としては、例えば、六フッ化硫黄ガスが挙げられる。
ここで、高温とは、100℃以上の温度を意味する。また、高圧とは、絶対圧で1MPa以上の圧力を意味する。また、低温とは、高温に対して低い温度を意味し、実験室にて採用できる材料および寸法を有する設備が耐えうる温度であり、例えば0〜100℃未満である。また、低圧とは、高圧に対して低い圧力を意味し、実験室にて採用できる材料および寸法を有する設備が耐えうる圧力であり、例えば絶対圧で1MPa未満である。
高温高圧流体と模擬流体との物性値が近似するとは、沸騰現象を支配する物性値が近似することを意味し、例えば、密度(kg/m3)、粘性係数(Pa・s)、表面張力(N/m)といった物性値が近似することを意味する。
本発明では、模擬気体供給手段によって筒体の内部に模擬気体が供給され、筒体の側壁部から模擬気体が漏出する。漏出した模擬気体は、筒体の外周側に位置する模擬液体中を上昇し、筒体の上方へと向かう。筒体の上方では、模擬気体の浮力及び圧力の減少によって、この位置における模擬液体には、上昇する駆動力が与えられる(いわゆるガスリフトポンプ現象ないしフラッシング現象)。この模擬液体の上昇量は、上昇量算出手段により、第1ボイド率取得手段によって得られる筒体の上方位置のボイド率に基づいて得られる。
なお、ボイド率に加えて、気泡径取得手段によってさらに気泡径を得るようにしても良い。これにより、模擬液体の上昇量をさらに正確に得ることができる。ボイド率、気泡径の計測結果から相変化を伴う場における気泡の成長を予想し、それに伴う液体の上昇流量を、二相流モデル(ドリフトフラックスモデルなど)を用いて求めることができる。
このように、低温低圧条件にて模擬液体の上昇量を得ることができるので、例えば、IMR(一体型モジュラー軽水炉)や、加圧水型軽水炉(PWR)に用いられる蒸気発生器における水の自然循環現象を模擬することができる。
なお、第1ボイド率取得手段及び気泡径取得手段としては、筒体の上方を直接測定するボイド計(例えば二針式光ファイバ型ボイドセンサ)を用いることが好ましいが、これに限らず、筒体の中間高さ位置に設けたボイド計によって上方位置のボイド率を推定する構成としても良い。
A simulation test at a low temperature and a low pressure is made possible by using a simulated liquid and a simulated gas whose physical property values approximate at low temperatures and low pressures to the physical properties of liquids (such as water) and gases (such as water vapor) under high temperature and high pressure conditions. Examples of the simulated liquid include alcohols such as ethanol and methanol. An example of the simulated gas is sulfur hexafluoride gas.
Here, high temperature means a temperature of 100 ° C. or higher. Moreover, high pressure means the pressure of 1 MPa or more in absolute pressure. The low temperature means a temperature lower than the high temperature, and is a temperature that can be withstood by equipment having materials and dimensions that can be employed in a laboratory, for example, 0 to less than 100 ° C. The low pressure means a pressure lower than the high pressure, and is a pressure that can be withstood by equipment having materials and dimensions that can be employed in a laboratory. For example, the absolute pressure is less than 1 MPa.
The approximation of the physical property values of the high-temperature and high-pressure fluid and the simulated fluid means that the physical property values governing the boiling phenomenon are approximated. For example, density (kg / m 3 ), viscosity coefficient (Pa · s), surface tension It means that a physical property value such as (N / m) is approximate.
In the present invention, the simulated gas is supplied into the cylinder by the simulated gas supply means, and the simulated gas leaks from the side wall of the cylinder. The leaked simulation gas ascends in the simulation liquid located on the outer peripheral side of the cylindrical body and moves upward of the cylindrical body. Above the cylinder, due to a decrease in the buoyancy and pressure of the simulated gas, a rising driving force is given to the simulated liquid at this position (so-called gas lift pump phenomenon or flushing phenomenon). The rising amount of the simulated liquid is obtained by the raising amount calculating unit based on the void rate at the upper position of the cylinder obtained by the first void rate acquiring unit.
In addition to the void ratio, the bubble diameter may be further obtained by the bubble diameter acquisition means. Thereby, the rising amount of the simulated liquid can be obtained more accurately. From the measurement results of the void ratio and the bubble diameter, it is possible to predict the growth of bubbles in a field accompanied by a phase change, and to determine the ascending flow rate of the liquid by using a two-phase flow model (such as a drift flux model).
In this way, the amount of increase in the simulated liquid can be obtained under low temperature and low pressure conditions. For example, natural circulation of water in a steam generator used in an IMR (integrated modular light water reactor) or a pressurized water light water reactor (PWR). Can be simulated.
As the first void ratio acquisition unit and the bubble diameter acquisition unit, it is preferable to use a void meter (for example, a two-needle optical fiber type void sensor) that directly measures the upper part of the cylinder, but is not limited thereto. It is good also as a structure which estimates the void ratio of an upper position with the void meter provided in the intermediate | middle height position of the body.
さらに、本発明の気液二相流模擬試験装置は、前記筒体の下方から、該筒体の外側に前記模擬液体を供給する模擬液体供給手段を備え、前記模擬液体供給手段は、前記上昇量算出手段の算出結果に基づいて、前記模擬液体を供給することを特徴とする。 Furthermore, the gas-liquid two-phase flow simulation test apparatus of the present invention further includes a simulation liquid supply means for supplying the simulation liquid to the outside of the cylinder from below the cylinder, and the simulation liquid supply means The simulated liquid is supplied based on the calculation result of the amount calculation means.
上昇量に相当する模擬液体を筒体の下方から供給することにより、液体の自然循環を模擬することができる。これにより、例えはIMRや蒸気発生器の水の自然循環を模擬することができる。 By supplying the simulated liquid corresponding to the rising amount from below the cylinder, the natural circulation of the liquid can be simulated. Thereby, for example, natural circulation of water of IMR and steam generator can be simulated.
さらに、本発明の気液二相流模擬試験装置は、前記筒体の外周囲のボイド率を取得する第2ボイド率取得手段と、該第2ボイド率取得手段から得られたボイド率に基づいて模擬蒸気発生量を算出し、この模擬蒸気発生量に相当する模擬発熱量を演算し、該模擬発熱量に基づいて次時刻に発生する模擬蒸気発生量に相当する模擬気体量を算出する伝熱演算部と、該伝熱演算部によって算出された模擬気体量を前記模擬気体供給手段によって供給することを特徴とする。 Furthermore, the gas-liquid two-phase flow simulation test apparatus of the present invention is based on the second void ratio acquisition means for acquiring the void ratio of the outer periphery of the cylindrical body, and the void ratio obtained from the second void ratio acquisition means. The simulated steam generation amount is calculated, the simulated calorific value corresponding to the simulated steam generation amount is calculated, and the simulated gas amount corresponding to the simulated steam generation amount generated at the next time is calculated based on the simulated calorific value. A heat calculation unit and the simulated gas amount calculated by the heat transfer calculation unit are supplied by the simulated gas supply unit.
各時刻の模擬気体量を算出して筒体の内部に供給することにより、動的な核反応運転を模擬することができる。 Dynamic nuclear reaction operation can be simulated by calculating the amount of simulated gas at each time and supplying it to the inside of the cylinder.
また、本発明の気液二相流模擬試験方法は、高温高圧液体に対して、沸騰現象を支配する物性値が低温低圧にて近似する模擬液体が内部に貯留された容器と、該容器内に配置され、多孔質体とされた側壁部を有する筒体と、高温高圧気体に対して低温低圧にて同等の物性値を有する模擬気体を前記筒体の内部に供給する模擬気体供給手段と、を備え、前記筒体の前記側壁部から漏出された前記模擬気体が前記模擬液体中を上昇して該筒体の上方に形成される二相流体のボイド率を得て、該ボイド率に基づいて、前記筒体の上方に位置する前記模擬液体が前記容器の下方から上方へと移動する上昇量を算出することを特徴とする。 Further, the gas-liquid two-phase flow simulation test method of the present invention includes a container in which a simulated liquid whose physical property value governing boiling phenomenon approximates at a low temperature and low pressure is stored inside a high-temperature high-pressure liquid ; And a simulated gas supply means for supplying a simulated gas having a physical property equivalent to a high temperature and high pressure gas at a low temperature and a low pressure to the inside of the cylindrical body. The simulated gas leaked from the side wall portion of the cylindrical body rises in the simulated liquid and obtains a void ratio of a two-phase fluid formed above the cylindrical body. Based on the above, an amount of increase in which the simulated liquid positioned above the cylinder moves from the lower side to the upper side of the container is calculated.
高温高圧条件における液体(水など)および気体(水蒸気など)の物性値に対して低温低圧にて物性値が近似する模擬液体および模擬気体を用いて、低温低圧での模擬試験を可能にする。模擬液体としては、例えば、エタノールやメタノール等のアルコールが挙げられる。模擬気体としては、例えば、六フッ化硫黄ガスが挙げられる。
ここで、高温とは、100℃以上の温度を意味する。また、高圧とは、絶対圧で1MPa以上の圧力を意味する。また、低温とは、高温に対して低い温度を意味し、実験室にて採用できる材料および寸法を有する設備が耐えうる温度であり、例えば100℃未満である。また、低圧とは、高圧に対して低い圧力を意味し、実験室にて採用できる材料および寸法を有する設備が耐えうる圧力であり、例えば絶対圧で1MPa未満である。
高温高圧流体と模擬流体との物性値が近似するとは、沸騰現象を支配する物性値が近似することを意味し、例えば、密度(kg/m3)、粘性係数(Pa・s)、表面張力(N/m)といった物性値が近似することを意味する。
本発明では、模擬気体供給手段によって筒体の内部に模擬気体が供給され、筒体の側壁部から模擬気体が漏出する。漏出した模擬気体は、筒体の外周側に位置する模擬液体中を上昇し、筒体の上方へと向かう。筒体の上方では、模擬気体の浮力及び圧力の減少によって、この位置における模擬液体には、上昇する駆動力が与えられる(いわゆるガスリフトポンプ現象)。この模擬液体の上昇量は、筒体の上方位置のボイド率に基づいて得られる。
なお、ボイド率に加えて、気泡径取得手段によってさらに気泡径を得るようにしても良い。これにより、模擬液体の上昇量をさらに正確に得ることができる。ボイド率、気泡径の計測結果から相変化を伴う場における気泡の成長を予想し、それに伴う液体の上昇流量を、二相流モデル(ドリフトフラックスモデルなど)を用いて求めることができる。
このように、低温低圧条件にて模擬液体の上昇量を得ることができるので、例えば、IMR(一体型モジュラー軽水炉)や、加圧水型軽水炉(PWR)に用いられる蒸気発生器における水の自然循環現象を模擬することができる。
A simulation test at a low temperature and a low pressure is made possible by using a simulated liquid and a simulated gas whose physical property values approximate at low temperatures and low pressures to the physical properties of liquids (such as water) and gases (such as water vapor) under high temperature and high pressure conditions. Examples of the simulated liquid include alcohols such as ethanol and methanol. An example of the simulated gas is sulfur hexafluoride gas.
Here, high temperature means a temperature of 100 ° C. or higher. Moreover, high pressure means the pressure of 1 MPa or more in absolute pressure. Further, the low temperature means a temperature lower than the high temperature, and is a temperature that can be withstood by equipment having materials and dimensions that can be employed in a laboratory, for example, less than 100 ° C. The low pressure means a pressure lower than the high pressure, and is a pressure that can be withstood by equipment having materials and dimensions that can be employed in a laboratory. For example, the absolute pressure is less than 1 MPa.
The approximation of the physical property values of the high-temperature and high-pressure fluid and the simulated fluid means that the physical property values governing the boiling phenomenon are approximated. For example, density (kg / m 3 ), viscosity coefficient (Pa · s), surface tension It means that a physical property value such as (N / m) is approximate.
In the present invention, the simulated gas is supplied into the cylinder by the simulated gas supply means, and the simulated gas leaks from the side wall of the cylinder. The leaked simulation gas ascends in the simulation liquid located on the outer peripheral side of the cylindrical body and moves upward of the cylindrical body. Above the cylinder, due to a decrease in the buoyancy and pressure of the simulated gas, a rising driving force is given to the simulated liquid at this position (so-called gas lift pump phenomenon). The amount of increase in the simulated liquid is obtained based on the void ratio at the upper position of the cylinder.
In addition to the void ratio, the bubble diameter may be further obtained by the bubble diameter acquisition means. Thereby, the rising amount of the simulated liquid can be obtained more accurately. From the measurement results of the void ratio and the bubble diameter, it is possible to predict the growth of bubbles in a field accompanied by a phase change, and to determine the ascending flow rate of the liquid by using a two-phase flow model (such as a drift flux model).
In this way, the amount of increase in the simulated liquid can be obtained under low temperature and low pressure conditions. For example, natural circulation of water in a steam generator used in an IMR (integrated modular light water reactor) or a pressurized water light water reactor (PWR). Can be simulated.
ボイド率に基づいて模擬液体の上昇量を算出することとしたので、発生蒸気による浮力によって水が自然循環する蒸気発生器やIMRの流動過程を把握することができる。 Since the amount of increase of the simulated liquid is calculated based on the void ratio, it is possible to grasp the flow process of the steam generator and IMR in which water naturally circulates by the buoyancy caused by the generated steam.
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1を用いて説明する。
図1には、本実施形態にかかる気液二相流模擬試験装置(以下、単に「試験装置」という。)1が示されている。この試験装置1は、一体型モジュラー軽水炉(IMR)を模擬しており、高温高圧条件下における沸騰現象を低温低圧条件下にて模擬するものである。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 shows a gas-liquid two-phase flow simulation test apparatus (hereinafter simply referred to as “test apparatus”) 1 according to the present embodiment. This test apparatus 1 simulates an integrated modular light water reactor (IMR), and simulates a boiling phenomenon under high temperature and high pressure conditions under low temperature and low pressure conditions.
試験装置1は、エタノール(模擬液体)Lが内部に貯留された容器3と、この容器3内に配置された筒体5とを備えている。
容器3は、外部から観測可能なように、アクリルやガラス等の透明な材料で構成されている。容器3に貯留されるエタノールは、300℃程度の高温かつ6MPa程度の高圧の水に対して、30〜60℃程度の低温かつ0.5〜1MPa程度の低圧で同等の物性値(密度、粘性係数、表面張力)を有するものである。なお、エタノールに代えて、メタノール等の他のアルコールを用いることもできる。
容器3の下方には、液相供給手段(模擬液体供給手段)7が接続されている。この液相供給手段7から、容器3内にエタノールLが供給される。液相供給手段7は、液相流量制御弁9を備えており、この液相流量制御弁9によってその流量が制御される。液相流量制御弁9の開度は、上昇量算出手段11の出力結果に基づいて制御される。
上昇量算出手段11は、下方から上昇する気泡(六フッ化硫黄ガス)Bの浮力によってアルコールが上昇する量を算出する。上昇量算出手段11は、筒体5の上方の位置における二相流のボイド率を測定する第1ボイド計(第1ボイド率取得手段)13を備えている。第1ボイド計13としては、例えば、二針式光ファイバ型ボイドセンサが用いられる。この二針式光ファイバ型ボイドセンサは、ボイド率だけでなく気泡径を得ることができる。
また、図示しないが、上昇量算出手段11とは別に、第1ボイド計13から得られるボイド率に基づいて、筒体5の上方の位置におけるフラッシングを計算するフラッシング計算手段を備えている。
The test apparatus 1 includes a
The
A liquid phase supply means (simulated liquid supply means) 7 is connected below the
The rising amount calculation means 11 calculates the amount by which alcohol rises due to the buoyancy of bubbles (sulfur hexafluoride gas) B rising from below. The rising amount calculation means 11 includes a first void meter (first void ratio acquisition means) 13 that measures the void ratio of the two-phase flow at a position above the
Further, although not shown, a flushing calculation means for calculating the flushing at a position above the
筒体5は、内部に空間を有しており、側壁部は燒結金属やセラミックス等の多孔質体で構成されている。この筒体5は、炉心燃料を模擬している。なお、筒体5は、蒸気発生器を模擬する場合には、1次冷却材が流れる伝熱管に相当する。
筒体5の内部には、筒体5の下部に接続された気相供給手段(模擬気体供給手段)15から、六フッ化硫黄ガス(模擬気体)が供給される。六フッ化硫黄ガスは、300℃程度の高温かつ6MPa程度の高圧の水蒸気に対して、30〜60℃程度の低温かつ1MPa程度の低圧で同等の物性値(密度、粘性係数、表面張力)を有するものである。
筒体5の内部に供給された六フッ化硫黄ガスは、多孔質とされた側壁から外方へと漏出し、気泡Bとなり上方へと上昇する。この六フッ化硫黄ガスの漏出量は、模擬する蒸気発生量に相当する。気泡Bの発生量は、筒体5の略中間位置に設けられた第2ボイド計(第2ボイド率取得手段)19によって計測される。第2ボイド計19としては、例えば、二針式光ファイバ型ボイドセンサが用いられる。この二針式光ファイバ型ボイドセンサは、ボイド率だけでなく気泡径を得ることができる。
The
Inside the
The sulfur hexafluoride gas supplied to the inside of the
気相供給手段15は、気相流量制御弁17を備えており、この気相流量制御弁17によってその流量が制御される。気相流量制御弁17の開度は、核熱反応プログラム(伝熱演算部)21の演算結果に基づいて制御される。
核熱反応プログラム21は、第2ボイド計19から得られたボイド率から模擬する蒸気発生量を得て、この蒸気発生量から模擬する炉心燃料(筒体5)の反応度を演算する。次に、得られた反応度から、発熱量を演算し、この発熱量に相当する蒸気発生量を演算する。そして、この蒸気発生量に相当する流量の六フッ化硫黄ガスが流れるように、気相流量制御弁17に指令を送る。
The gas phase supply means 15 includes a gas phase flow
The nuclear
容器3の外側には、複数のビデオカメラ23が配置されており、模擬する沸騰状態を可視化できるようになっている。
A plurality of
上記構成の試験装置1は、以下のように運転される。
図2のステップS1に示すように、気相供給手段15から六フッ化硫黄ガスを供給し、模擬炉心燃料である筒体5の側壁部から六フッ化硫黄ガスを漏出させる。
次に、ステップS2に示すように、第2ボイド計19によって筒体5の外周のボイド率を計測し、ボイド率に対応した核反応を計算し、反応度を算出する。そして、この反応度の発熱量に相当する六フッ化硫黄ガスの流量を算出し、気相流量制御弁17の弁開度を制御する。これにより、次時刻の気泡発生量が決定される。
次に、ステップS3に示すように、第1ボイド計13によって計測した筒体5の上方のボイド率に基づいて、上昇量算出手段11によりエタノール(液体)Lの上昇量を算出する。そして、得られた上昇量に対応する弁開度を液相流量制御弁9に指示し、液相供給手段7によって筒体5の下方からエタノールLを供給する。
上記ステップS1〜S3を繰り返し、各時刻における蒸気発生および水の自然循環を模擬する。
また、上記各ステップに並行して、ビデオカメラ23により画像を取得する。
The test apparatus 1 having the above configuration is operated as follows.
As shown in step S1 of FIG. 2, sulfur hexafluoride gas is supplied from the vapor phase supply means 15, and sulfur hexafluoride gas is leaked from the side wall portion of the
Next, as shown in step S2, the void ratio on the outer periphery of the
Next, as shown in step S <b> 3, the increase amount of the ethanol (liquid) L is calculated by the increase amount calculation means 11 based on the void ratio above the
The above steps S1 to S3 are repeated to simulate steam generation and natural water circulation at each time.
In parallel with the above steps, the
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
模擬気体である六フッ化硫黄ガスの浮力によって上昇する模擬液体であるエタノールの上昇量を、第1ボイド計13によって得られる筒体5の上方位置のボイド率及に基づいて、上昇量算出手段11により得ることができる。また、上昇量に相当する流量を液相供給手段7によって筒体5の下方から供給することとした。したがって、高温高圧条件下での沸騰状態での液相の循環を模擬することができ、一体型モジュラー軽水炉(IMR)における水の自然循環を模擬することができる。なお、第1ボイド計13によって、ボイド率に加えて、さらに気泡径を得るようにしても良い。これにより、液相の上昇量をさらに正確に得ることができる。具体的には、ボイド率、気泡径の計測結果から相変化を伴う場における気泡の成長を予想し、それに伴う液体の上昇流量を、二相流モデル(ドリフトフラックスモデルなど)を用いて求める。
According to this embodiment, there exist the following effects.
Based on the void ratio of the upper position of the
また、第2ボイド計によって得られるボイド率を用いて核反応計算を行うことにより、次時刻の蒸気発生量に相当する六フッ化硫黄ガスを筒体5内に供給することとした。これにより、動的な核反応運転を模擬することができる。
In addition, by performing a nuclear reaction calculation using the void ratio obtained by the second void meter, sulfur hexafluoride gas corresponding to the amount of steam generated at the next time is supplied into the
なお、本実施形態では、第1ボイド計13を用いて筒体の上方のボイド率を直接測定することとしたが、筒体の中間高さ位置に設けた第2ボイド計19によって上方位置のボイド率を推定する構成としても良い。
In the present embodiment, the
また、本実施形態は、図3のように変形しても良い。すなわち、同図に示すように、容器3の側方に、液相の循環流路25を設ける。循環流路25は、筒体5の上方の空間と筒体の下方の空間とを接続している。このような構成にすることにより、上方空間における気泡が液相とともに下方へと流れるキャリーアンダーを模擬することができる。
Further, the present embodiment may be modified as shown in FIG. That is, as shown in the figure, a liquid-
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について、図4を用いて説明する。
本実施形態は、加圧水型軽水炉(PWR)に用いられる蒸気発生器を模擬した試験装置30が示されている。
試験装置30は、容器32内に、逆U字状に曲成された伝熱管群を模擬した筒体34と、この筒体34を外方から覆うように配置された内筒36とを備えている。内筒36の上方には、模擬気水分離器38と、模擬湿分分離器40とが設けられている。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In this embodiment, a test apparatus 30 simulating a steam generator used in a pressurized water reactor (PWR) is shown.
The test apparatus 30 includes in a container 32 a
試験装置30の各所には、ボイド計42およびビデオカメラ23が設けられている。筒体34の上方に位置するボイド計42がエタノールの上昇量を算出する際に用いる第1ボイド率取得手段に相当し、筒体34の側方に位置するボイド計42が模擬蒸気発生量を算出する際に用いる第2ボイド率取得手段に相当する。
また、内筒36内の上下の差圧を計測するための差圧計44が設けられている。この差圧計44によって、伝熱管郡内の抵抗(圧力損失)が求められる。
筒体34の下方には、気相供給手段(模擬気体供給手段)46が設けられており、これにより六フッ化硫黄ガスが供給される。
容器32内には模擬液体であるエチルアルコールLが満たされており、符号L0は、この液相の液面を示している。
A
In addition, a
A gas phase supply means (simulated gas supply means) 46 is provided below the
The
上記構成の試験装置30により、蒸気発生器の模擬試験が行われる。すなわち、気相供給手段46から六フッ化硫黄ガスが供給され、筒体34の側壁部から漏出される。漏出された六フッ化硫黄ガスが高温高圧状態での沸騰状態を模擬し、これをビデオカメラ23によって撮影する。同時に、ボイド計42によってボイド率を測定し、流動状態を把握する。
筒体34から漏出した六フッ化硫黄ガスは、気泡となり上昇し、その浮力によって筒体34の上方の模擬液体であるエチルアルコールを下方へと押し出す(矢印U参照)。このエチルアルコールの上昇量については、第1実施形態と同様に、図示しない上昇量算出手段によって得ることができる。
図示しない伝熱演算部では、筒体34の側方に位置するボイド計42からボイド率を得て、このボイド率から気泡発生量を算出し、この気泡発生量に相当する発熱量を演算する。そして、気相供給手段46により、発熱量に応じた次時刻の気相流量を供給する。
A steam generator simulation test is performed by the test apparatus 30 configured as described above. That is, sulfur hexafluoride gas is supplied from the gas phase supply means 46 and leaks from the side wall portion of the
The sulfur hexafluoride gas leaked from the
In a heat transfer calculation unit (not shown), a void ratio is obtained from a
本実施形態の試験装置30によれば、実際の高温高圧条件下での蒸気発生器の沸騰状態を、低温低圧条件下で模擬することができる。
また、適宜設置されたボイド計42から得られたボイド率に基づいて筒体34の上方の液相の上昇量を算出することができるので、実際の流動状態を模擬することができる。
また、筒体34から漏出する気泡発生量から発熱量を演算し、この発熱量に基づいて次時刻の気相流量を制御することとしたので、実際の流動状態を模擬することができる。
According to the test apparatus 30 of the present embodiment, the boiling state of the steam generator under actual high temperature and high pressure conditions can be simulated under low temperature and low pressure conditions.
Moreover, since the amount of increase in the liquid phase above the
In addition, since the calorific value is calculated from the amount of bubbles generated from the
1 試験装置(気液二相流体模擬試験装置)
3 容器
5 筒体
7 液相供給手段(模擬液体供給手段)
11 上昇量算出手段
13 第1ボイド計(第1ボイド率取得手段)
15 気相供給手段(模擬気体供給手段)
19 第2ボイド計(第2ボイド率取得手段)
30 試験装置(気液二相流体模擬試験装置)
32 容器
34 筒体
1 Test equipment (gas-liquid two-phase fluid simulation test equipment)
3
11 Increase amount calculation means 13 First void meter (first void ratio acquisition means)
15 Gas phase supply means (simulated gas supply means)
19 Second void meter (second void ratio acquisition means)
30 test equipment (gas-liquid two-phase fluid simulation test equipment)
32
Claims (4)
該容器内に配置され、多孔質体とされた側壁部を有する筒体と、
高温高圧気体に対して低温低圧にて同等の物性値を有する模擬気体を前記筒体の内部に供給する模擬気体供給手段と、
前記筒体の前記側壁部から漏出された前記模擬気体が前記模擬液体中を上昇して該筒体の上方に形成される二相流体のボイド率を得る第1ボイド率取得手段と、
該第1ボイド率取得手段から得られたボイド率に基づいて、前記筒体の上方に位置する前記模擬液体が前記容器の下方から上方へと移動する上昇量を算出する上昇量算出手段と、
を備えていることを特徴とする気液二相流模擬試験装置。 For a high-temperature high-pressure liquid , a container in which a simulated liquid whose physical property values governing boiling phenomenon approximate at low temperature and low pressure is stored,
A cylinder having a side wall portion disposed in the container and having a porous body;
Simulated gas supply means for supplying a simulated gas having the same physical property value at a low temperature and low pressure to a high temperature and high pressure gas into the cylindrical body,
A first void ratio acquisition means for obtaining a void ratio of a two-phase fluid formed above the cylinder by the simulation gas leaked from the side wall of the cylinder rising in the simulation liquid;
Based on the void ratio obtained from the first void ratio acquisition means, an ascending amount calculating means for calculating an ascending amount by which the simulated liquid positioned above the cylindrical body moves upward from below the container ;
A gas-liquid two-phase flow simulation test apparatus characterized by comprising:
前記模擬液体供給手段は、前記上昇量算出手段の算出結果に基づいて、前記模擬液体を供給することを特徴とする請求項1に記載の気液二相流模擬試験装置。 A simulated liquid supply means for supplying the simulated liquid to the outside of the cylindrical body from below the cylindrical body,
The gas-liquid two-phase flow simulation test apparatus according to claim 1, wherein the simulated liquid supply means supplies the simulated liquid based on a calculation result of the rising amount calculation means.
該第2ボイド率取得手段から得られたボイド率に基づいて模擬蒸気発生量を算出し、この模擬蒸気発生量に相当する模擬発熱量を演算し、該模擬発熱量に基づいて次時刻に発生する模擬蒸気発生量に相当する模擬気体量を算出する伝熱演算部と、
該伝熱演算部によって算出された模擬気体量を前記模擬気体供給手段によって供給することを特徴とする請求項1又は2に記載の気液二相流模擬試験装置。 Second void ratio acquisition means for acquiring a void ratio of the outer periphery of the cylindrical body;
A simulated steam generation amount is calculated based on the void ratio obtained from the second void rate acquisition means, a simulated heat generation amount corresponding to the simulated steam generation amount is calculated, and generated at the next time based on the simulated heat generation amount A heat transfer calculation unit that calculates a simulated gas amount corresponding to the simulated steam generation amount,
The gas-liquid two-phase flow simulation test apparatus according to claim 1 or 2, wherein the simulated gas amount calculated by the heat transfer calculation unit is supplied by the simulated gas supply means.
該容器内に配置され、多孔質体とされた側壁部を有する筒体と、
高温高圧気体に対して低温低圧にて同等の物性値を有する模擬気体を前記筒体の内部に供給する模擬気体供給手段と、を備え、
前記筒体の前記側壁部から漏出された前記模擬気体が前記模擬液体中を上昇して該筒体の上方に形成される二相流体のボイド率を得て、
該ボイド率に基づいて、前記筒体の上方に位置する前記模擬液体が前記容器の下方から上方へと移動する上昇量を算出することを特徴とする気液二相流模擬試験方法。 For a high-temperature high-pressure liquid , a container in which a simulated liquid whose physical property values governing boiling phenomenon approximate at low temperature and low pressure is stored,
A cylinder having a side wall portion disposed in the container and having a porous body;
A simulated gas supply means for supplying a simulated gas having the same physical property value at a low temperature and low pressure to a high temperature and high pressure gas into the cylindrical body,
The simulated gas leaked from the side wall portion of the cylindrical body rises in the simulated liquid to obtain a void fraction of a two-phase fluid formed above the cylindrical body,
A gas-liquid two-phase flow simulation test method characterized in that, based on the void ratio, an amount of increase in which the simulated liquid located above the cylinder moves from below to above the container is calculated.
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