JP2001272494A - 気液2相からなる流路内のボイド率を瞬時に計測する方法。 - Google Patents

気液2相からなる流路内のボイド率を瞬時に計測する方法。

Info

Publication number
JP2001272494A
JP2001272494A JP2000082222A JP2000082222A JP2001272494A JP 2001272494 A JP2001272494 A JP 2001272494A JP 2000082222 A JP2000082222 A JP 2000082222A JP 2000082222 A JP2000082222 A JP 2000082222A JP 2001272494 A JP2001272494 A JP 2001272494A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flow path
void fraction
electrode
flow
liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000082222A
Other languages
English (en)
Inventor
Hirofumi Watanabe
博典 渡辺
Tadashi Iguchi
正 井口
Yoshinari Anoda
良成 安濃田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Atomic Energy Agency
Original Assignee
Japan Atomic Energy Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Atomic Energy Research Institute filed Critical Japan Atomic Energy Research Institute
Priority to JP2000082222A priority Critical patent/JP2001272494A/ja
Publication of JP2001272494A publication Critical patent/JP2001272494A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流路内の断面における平均ボイド率を瞬時に
計測するインピーダンス型ボイド率計。 【解決手段】 複数のロッドを内装した流路内に中心線
電極を設け、その流路内壁に金属製壁型電極を設けて流
路内の電気抵抗を測定することにより、気液2相からな
る流路内のボイド率の変化を瞬時に計測する方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、流路内の断面にお
ける平均ボイド率を瞬時に計測する実用的なインピーダ
ンス型ボイド率計に関するものである。特に、本発明
は、BWR(沸騰水型原子炉)の炉心のように流路内に
多数の金属製管が存在する管群流路内の断面における平
均ボイド率の計測に適用して良好な計測結果を得ること
ができるものである。又、本発明は、流路内に内装物の
存在しない2相流のボイド率の計測ももちろん可能であ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、管群流路内の瞬時の平均ボイド率
を実計測して模擬燃料棒出力をフィードバック制御する
BWR核熱結合の不安定事象を模擬する試験は内外で実
施されていない。
【0003】実際のBWRでは、地震等の何かを契機と
して炉心の循環水の流量に変動が生じた時に、ある局所
的な位置においてボイド率に変動が生じる。このボイド
率に変動が生じると炉心出力を増やす因子である中性子
の減速材である水の密度が変化し、それにつれて炉心の
出力が局所的に変動し、次いでそこでのボイド率も変動
する。その結果、ボイド率と炉心出力の変動サイクルが
生じるので、BWRを安定的に運転できなくなる可能性
が生じる。例えば、ボイド率の±数%の低下変動が炉心
出力の±数十%の変動を起こすことになるとされてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】BWR核熱結合の不安
定事象を伝熱試験装置で模擬実現させるためには、高温
高圧条件下で、流路断面の平均ボイド率を非定常に計測
する必要があり、この条件を満たすことを目指した実用
的なボイド計を開発することが必要であった。
【0005】また、不安定事象での主要な解明目的は、
最も厳しい試験条件で模擬燃料棒の表面温度がどの位ま
で上昇するかを知り、それが実際の燃料被覆材の融点を
越えないことを確認することが必要であるからである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明においては、流路
内の気液2相流のボイド率が変われば、電気抵抗が変わ
ることを利用して、流路断面平均ボイド率の非定常状態
の計測を行うものである。その際に、金属製流路壁自体
を一方の電極とし、流路中心に設置したL型電極を他方
の電極として流路断面平均ボイド率を計測する。したが
って、本発明では、中心電極のみを製作して設置するこ
とにより計測することができる。
【0007】即ち、本発明においては、上記課題を解明
するために、複数の並列に設置した炉心部を有する模擬
試験装置を用いて全循環水量を一定にしつつ並列炉心部
に流量分布を与えることにより、これに対応して炉心出
力に変動が生じるが、この時に核燃料棒に相当する電気
ヒーター棒の表面温度が核燃料被覆材の融点に達するこ
とがないかなどの軽水炉の安全性を試験するものであ
る。
【0008】また、実機(BWR)を模擬する伝熱試験
装置で試験を実施する際に炉心で生じるボイド率と炉心
出力の変動サイクルを模擬するためには、ボイド率の変
動に対応して炉心出力がどの程度変動するかを示す相関
式が存在するので、ボイド率が計測できればBWR炉心
内のボイド率対炉心出力の変動サイクルが実現できるた
めに伝熱試験装置により、実炉(BWR)の核熱結合現
象の模擬試験ができることになる。
【0009】そこで、BWRでは現実的に行うことがで
きないような過酷な条件(流量変化、出力変化)下での
試験が本発明のボイド率計を取り付けた伝熱試験装置で
行うことができる(模擬燃料棒が焼損しても実害がな
い)ので、限定条件におけるBWRの安全性の確認試験
ができることになる。即ち、実炉(BWR)を用いなく
ても伝熱試験装置(安全、安価)で実炉で起きる核熱結
合現象(炉心出力のボイド率変化による不安定化現象)
が再現できることになり、BWRの不安定性の解明、ひ
いてはそれの解消に役立つことになる。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明のボイド率計測計を図1、
図2、図3および図4について説明する。同一断面形状
である四角管からなるアクリル可視管内に金属製または
アクリル製の4本のロッドを挿入して固定した。この四
角管内に水を入れ、図示される静止水面まで満たされ
る。管の底部にはAir注入孔が設けられ、これから導
入された空気が多孔板と水に添加したエチルアルコール
の共用により微小気泡に分散され、この気泡が管内の水
中を上昇する。この管の流路には管壁にアルミ板製の流
路電極が設けられ、またその流路の中心にはL型の中心
部線電極が設けられ、この両電極が電流計および定電圧
発生器に結合されてボイド率計を構成し、それが瞬時計
測型ボイド率計として用いられる。
【0011】中心線電極を少しでも長くすることにより
壁電極とで構成される電界(計測領域)に厚み(電界の
幅)を持たすことができ、その結果安定した測定信号が
得られた。
【0012】中心電極は耐熱用テフロン(登録商標)ガ
スケットを用いてシールしてあり、そのアーム部も耐熱
用テフロンチューブでコーティングされている。本発明
の電極は実炉相当の高温高圧条件下(BWR定格運転条
件下)での使用環境に耐えられる。また、この流路には
マノメーター又は差圧計が結合され、その間の差圧が測
定される。以下、本発明の好適な実施例を述べる。
【0013】
【実施例】BWR核熱結合の不安定事象の試験部分と同
一断面形状である上記構造の四角管から構成される流路
内の静止水中に下から空気気泡を注入してボイド率計の
動作試験を行った。マノメーターにより差圧を測定して
それから求めたボイド率と、本発明の電極組合せからな
るボイド率計の計測結果を比較した。本発明の電極用電
源には交流定電圧電源を用いた。空気の気泡を微粒化す
ることによって、次の場合について、ばらつきの小さい
再現性のあるデータを得ることができた。 (1)図2に示される流路の内装物がない場合、(2)
図3に示される流路に金属製ロッドが存在し、そのロッ
ドが容器電極と電気回路的に接続していない場合、
(3)図4に示される流路に金属製ロッドが存在し、そ
のロッドが容器電極と電気回路的に接続している場合、
(4)図5に示される流路にアクリル製絶材のロットが
存在する場合について、本発明のボイド率計の動作試験
を行った。ここで、(3)はBWR核熱結合の不安定事
象の試験部と同じ状態を模擬する。(4)は(2)と同
じもので管群表面が不動態化した時を模擬する。I0
気泡が発生していない状態の計測電流、又Iは気泡が発
生している状態の計測電流である。
【0014】(A) 上記(1)に結果について 計測電流は均一ボイドの場合の標準線に対して0−25
%のボイド率域ではほぼ一致し、25−60%では最大
5%位小さい落込みとなり、50−70%では再び標準
線に近づき、75%では急激に低下した。
【0015】落込みの原因として、(a)流路中心部に
ボイドが高く分布する。(b)中心電極が気泡で覆われ
る確率が増すことが考えられる。更に、高ボイド率にな
ったとき計測電流が急激に低下するのは環状流などの理
由により中心電極が露出するためと考えられる。
【0016】実計測においては、図2、3、4及び5の
ような校正特性線を予め作成してTable(表)化す
るか、又は換算式を開いてボイド率を求める。 (B) 上記(2)、(3)および(4)の結果につい
て データの傾向は基本的に(1)と同じである。ただし、
標準線からの差は、(2)では(1)の場合よりも大き
い。これは、(2)では中心サブチャンネルのボイド率
の感度が著しいので、ボイド率分布の非一様性の影響が
強かったためであると考えられる。
【0017】また、(4)では標準線からのズレは小さ
い。これは内装ロッドが非導電性であり、全サブチャン
ネルのボイド率に対する感度が比較的一様であるためで
あると考えられる。
【0018】
【発明の効果】本発明は、瞬時に流路断面平均ボイド率
を計測する実用的なボイド率計を開発したことにより、
良好なボイド率の測定結果を得られることが明らかにし
た。これを元にBWRを模擬した高温、高圧条件下でボ
イド率を計測する中心電極を製作し、BWR核熱結合に
おけるボイド率を測定できている。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の特性試験装置の構造を示す図であ
る。
【図2】 流路にロッドが存在しない場合を示す図であ
る。
【図3】 流路に金属製ロッドが存在し、そのロッドが
容器電極と電気回路的に接続していない場合を示す図で
ある。
【図4】 流路に金属製ロッドが存在し、そのロッドが
容器電極と電気回路的に接続している場合を示す図であ
る。
【図5】 流路にアクリル製絶材のロットが存在する場
合を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安濃田 良成 茨城県那珂郡東海村白方字白根2番地の4 日本原子力研究所東海研究所内 Fターム(参考) 2G060 AA17 AE40 AF07 AG11 FA11 FA15 FB02 2G075 AA03 BA12 CA08 CA41 DA02 DA09 DA11 EA03 EA07 FA08 FA11 FB10 FC11 FC14 FC19 GA21

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 BWR炉心のように複数の管を内装した
    流路内の断面における平均ボイド率を計測する方法にお
    いて、金属製流路壁自体を一方の電極とし、流路中心に
    設置したL型電極を他方の電極として流路断面平均ボイ
    ド率を計測することにより、気液2相からなる流路内の
    断面における平均ボイド率を瞬時に計測する方法。
  2. 【請求項2】 BWR炉心のように複数のロッドを内装
    した流路管、その管内に設けられたL型中心線電極、そ
    の流路管内壁自体を電極とした金属製壁型電極、並びに
    両電極間に結合された電流計および定電圧源から構成さ
    れる、流路内の電気抵抗を測定して気液2相からなる流
    路内の断面における平均ボイド率を瞬時に計測する装
    置。
JP2000082222A 2000-03-23 2000-03-23 気液2相からなる流路内のボイド率を瞬時に計測する方法。 Pending JP2001272494A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000082222A JP2001272494A (ja) 2000-03-23 2000-03-23 気液2相からなる流路内のボイド率を瞬時に計測する方法。

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000082222A JP2001272494A (ja) 2000-03-23 2000-03-23 気液2相からなる流路内のボイド率を瞬時に計測する方法。

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001272494A true JP2001272494A (ja) 2001-10-05

Family

ID=18599052

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000082222A Pending JP2001272494A (ja) 2000-03-23 2000-03-23 気液2相からなる流路内のボイド率を瞬時に計測する方法。

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001272494A (ja)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007033062A (ja) * 2005-07-22 2007-02-08 Japan Atomic Energy Agency 高温高圧で複雑な流路内のボイド率を瞬時計測する電気式ボイド率計及びボイド率計測法
JP2007171025A (ja) * 2005-12-22 2007-07-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 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
JP2007232547A (ja) * 2006-02-28 2007-09-13 Hitachi Ltd 自然循環式沸騰水型原子炉における原子炉炉心性能計算方法と原子炉炉心性能計算装置
JP2007316059A (ja) * 2006-04-28 2007-12-06 Yokohama National Univ 熱流動現象の模擬方法及び模擬試験装置
JP2009210500A (ja) * 2008-03-06 2009-09-17 Japan Atomic Energy Agency マイクロチャンネルのボイド率計測方法及びその装置
WO2010134148A1 (ja) 2009-05-19 2010-11-25 三菱重工業株式会社 二相流励振力評価方法及び二相流励振力評価装置
RU2685016C1 (ru) * 2018-03-12 2019-04-16 Федеральное агентство научных организаций Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЭМ СО РАН) Способ определения истинного объемного паросодержания
CN111912880A (zh) * 2020-07-15 2020-11-10 中国核动力研究设计院 一种窄矩形通道全场瞬态空泡份额测量系统及方法
CN113390606A (zh) * 2020-03-11 2021-09-14 国家电投集团科学技术研究院有限公司 杂棒束工况两相可视化实验中多角度多点气体注入方法

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007033062A (ja) * 2005-07-22 2007-02-08 Japan Atomic Energy Agency 高温高圧で複雑な流路内のボイド率を瞬時計測する電気式ボイド率計及びボイド率計測法
JP2007171025A (ja) * 2005-12-22 2007-07-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 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
JP4669412B2 (ja) * 2006-02-28 2011-04-13 株式会社日立製作所 自然循環式沸騰水型原子炉における原子炉炉心性能計算方法と原子炉炉心性能計算装置
JP2007232547A (ja) * 2006-02-28 2007-09-13 Hitachi Ltd 自然循環式沸騰水型原子炉における原子炉炉心性能計算方法と原子炉炉心性能計算装置
JP2007316059A (ja) * 2006-04-28 2007-12-06 Yokohama National Univ 熱流動現象の模擬方法及び模擬試験装置
JP2009210500A (ja) * 2008-03-06 2009-09-17 Japan Atomic Energy Agency マイクロチャンネルのボイド率計測方法及びその装置
WO2010134148A1 (ja) 2009-05-19 2010-11-25 三菱重工業株式会社 二相流励振力評価方法及び二相流励振力評価装置
KR101314389B1 (ko) 2009-05-19 2013-10-04 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 2 상류 여진력 평가 방법 및 2 상류 여진력 평가 장치
US8707801B2 (en) 2009-05-19 2014-04-29 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Two-phase flow exciting force evaluation method and device acting on a plurality of tube bodies arranged to intersect with the flow
RU2685016C1 (ru) * 2018-03-12 2019-04-16 Федеральное агентство научных организаций Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЭМ СО РАН) Способ определения истинного объемного паросодержания
CN113390606A (zh) * 2020-03-11 2021-09-14 国家电投集团科学技术研究院有限公司 杂棒束工况两相可视化实验中多角度多点气体注入方法
CN113390606B (zh) * 2020-03-11 2024-03-22 国家电投集团科学技术研究院有限公司 复杂棒束工况两相可视化实验中多角度多点气体注入方法
CN111912880A (zh) * 2020-07-15 2020-11-10 中国核动力研究设计院 一种窄矩形通道全场瞬态空泡份额测量系统及方法
CN111912880B (zh) * 2020-07-15 2022-04-15 中国核动力研究设计院 一种窄矩形通道全场瞬态空泡份额测量系统及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2053614B1 (en) System and method for determining coolant level and flow velocity in a nuclear reactor
Morrison et al. Simulation of the long term performance of thermosyphon solar water heaters
JP2001272494A (ja) 気液2相からなる流路内のボイド率を瞬時に計測する方法。
Höhne et al. Boron dilution transients during natural circulation flow in PWR—Experiments and CFD simulations
Zhang et al. Experimental study on the transverse mixing of 5× 5 helical cruciform fuel assembly by wire mesh sensor
EP2237285B1 (en) Apparatus and method for determining the power level of a nuclear reactor
Lee et al. Flow boiling transient critical heat flux tests with stainless steel and FeCrAl: Transient correlation implementation, model calibration, and sensitivity analysis
Rohde et al. The European Project FLOMIX-R: Description of the Slug Mixing and Buoyancy Related Experiments at the Different Test Facilities; Final Report on WP 2
Agostini et al. Testing and qualification of CIRCE Venturi-nozzle flow meter for large scale experiments
Shi Investigation of natural circulation instability and transients in passively safe novel modular reactor
JP2007033062A (ja) 高温高圧で複雑な流路内のボイド率を瞬時計測する電気式ボイド率計及びボイド率計測法
Satou et al. A new model for onset of net vapor generation in fast transient subcooled boiling
Gong et al. An experimental investigation of void fraction characteristics of flow boiling in a 5× 5 rod bundle channel
Anas et al. In-core power prediction and effects of average core temperature on miniature neutron source reactor's core performance
Reynolds Measurement of Free Fission-Gas Pressure in Operating UO2-Filled Fuel Rods
Sharaf Design, Fabrication, and Evaluation of a Novel High-Performance Resistance Heater Rod for Nuclear Thermal Hydraulic Experimentation
CN117664511A (zh) 一种用于探究液态金属两相流汽泡迁移过程的实验装置及方法
Burman et al. Temperature sensitivity study of single rod burst tests
Kovtonyuk et al. Safety of evolutionary reactors: feasibility study for the experimental program of SPES facility
McConnell EFFECT OF GEOMETRY AND OTHER PARAMETERS ON BOTTOM FLOODING HEAT TRANSFER ASSOCIATED WITH NUCLEAR FUEL BUNDLE SIMULATORS.
Höhne et al. Coolant mixing studies of natural circulation flows at the ROCOM test facility using ANSYS CFX
Takahashi Fundamental Study on Critical Heat Flux in Tight Lattice Core for High Conversion Boiling Water Reactor
Levin et al. Development of a model to predict flow oscillations in low-flow sodium boiling.[Loss-of-Piping Integrity accidents]
Dewan et al. Thermal power calibration and correlation of reactor tank constant with pool water level of TRIGA mark–II research reactor
Fairbairn et al. Recent results from CEC cost sharing research programme on LWR fuel behaviour under accident conditions

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20060223

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070221

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090428

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090512

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20091005