JPS59174744A - 二相流体の密度分布測定装置 - Google Patents

二相流体の密度分布測定装置

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JPS59174744A
JPS59174744A JP58049891A JP4989183A JPS59174744A JP S59174744 A JPS59174744 A JP S59174744A JP 58049891 A JP58049891 A JP 58049891A JP 4989183 A JP4989183 A JP 4989183A JP S59174744 A JPS59174744 A JP S59174744A
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勝 飯塚
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は液体と気体との混合流体等の二相流体の密度分
布を測定する装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
たとえば沸騰水形原子炉内には冷却材である水と蒸気と
の二相流が流通される。このだめ。
このような沸騰水形原子炉の原子炉機器の熱水力設計を
行なうためには管群内その他の流路を流通する二相流の
蒸気泡の量および分布、つまり、ビイド率、ピイド率分
布状態等を正確に測定する必要がある。なお、ディト率
は所定の流路断面積内に存在する気泡全体の断面積の割
合で示される。
従来、このようなボイド率の測定法として探針法と称さ
れるものがある。この方法の装置は第1図に示す如くた
とえば二相流が流れる配管1内に探針2を挿入したもの
であって、この探針2の先端には互に離間した一対の電
極3,3が設けられている。この電極、?、3間には所
定の電圧が印加され、またこれら電極3.3間を流れる
電流は検出回路4で検出される。したがって、上記の電
極3,3間に水あるいは蒸気の気泡5・・・が存在する
とこの水あるいは蒸気の導電率に対応した電流が電極3
.3に流れ、この電極3.3間を流れる電流から電極3
,3間に水が存在しているかあるいは蒸気が存在してい
るかが判明する。そして、この電極3,3間に水が存在
している時間と気泡5・・・が存在している時間の割合
からディト率が求められ、表示器6に表示される。この
ものは構造が簡学である反面、精度が低く、また探針2
を挿入するために流れの状態が変化してしまう不具合が
あった。
また、二相流中を放射線たとえばXmを透過させてゲイ
ト率を測定するものもある。このものは第2図に示す如
くたとえば配管1内を流通する二相流に向けてX線管7
からXiのビーム8を照射し、この二相流を透過したX
線をX線検出器9で検出し、計数器10によりその強度
を求めるものである。したがって、X線のビーム8の強
度をIXとし、また配管1内を水だけが流れた場合にX
線検出器9で検出されるX線の強度をIt、配管1内を
蒸気だけが流れた場合のX線検出器9で検出されるX線
の強度を楡とすると、?イド率αは で求めることができる。また、この二相流の平均密度7
は水の密度をρt、蒸気の密度をρ2とすれば ρ=α・ρ、+(1+α)ρt      ・・・(2
)で求めることができる。このものは精度が高く、また
探針法の如く二相流の流れを乱すこともないが、X線の
ビーム8に沿った部分のディト率等しか求められない不
具合があった。
このような不具合を解消するため、第3図および第4図
に示す如きものが考えられた。このものはX線管1ノお
よびX線検出器12を走査機構13によって移動させる
ものである。すなわち、まず第3図に示す如くX線管1
1およびX線検出器12を配管1と直交する方向に移動
させ、各走査位置においてX線を照射して測定を行なう
。次に第4図に示す如くX線管11およびX線検出器1
2を配管1を中心として1800回動させ、各走査位置
においてX線を照射し、測定を行なう。次にこれら測定
データを所定の画像再構成アルゴリズムに従って処理す
ると配管1内における二相流の線吸収係数分布が求めら
れ、これによって密度分布だとえば♂イド率分布が求め
られる。7このものは配管1内等の?イド率分布等を正
確に求めることが可能であり、たとえば原子炉機器の熱
水力設計の際に二相流の挙動を正確に解析することがで
きる。しかし。
このようなものを実用化するには次のような問題がある
。すなわち、このようなものは1回の測定が終了するま
でに比較的長時間を要する。
一方、流通される二相流はボイド率分布等が時間的に変
化する。このため、測定中における?イド率分布等の変
動がすべてノイズとして入力されてしまい、精度が低下
する不具合を生じる。
特に、比較的大きな気泡が比較的長い周期で流通するよ
うな流れいわゆるスラグ流の場合には精度が相当低下す
る等の不具合を生じる。
〔発明の目的〕
本発明は以上の事情にもとづいてなされたもので、その
目的は二相流体のディト率分布等の密度分布を測定する
ことができ、またこの密度分布の短時間内での変動によ
る誤差を排除し、長時間の平均値に対応した正確な密度
分布を求めることができる二相流体の密度分布測定装置
を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は二相流体に向けて放射線を照射する放射線照射
器と、上記二相流体を透過した放射線を検出する放射線
検出器と、上記放射線照射器および放射線検出器を移動
させる走査機構と、上記放射線検出器および走査機構か
らの信号を受けこれらの信号から上記二相流体の密度分
布を算出するとともに複数回の測定データを平均しこの
平均値が所定の範囲内に達するまで測定を繰返させる信
号処理回路とを具備したものである。したがって、放射
線照射器と放射線検出器の走査により二相流体の密度分
布が求められる。また、流通される二相流体の密度分布
は温度、圧力、流速等の条件が一定であれば短時間内で
の密度分布には変動を生じても長時間にわたる密度分布
は一定となる。よって測定を複数回繰返してその平均を
求めればその平均値は長時間にわたる密度分布の平均値
に収束する。したがって、信号処理回路で密度分布の平
均値釜求めながらこの密度分布が所定の範囲内に収束す
るまで測定を繰返すので所望の精度の密度分布を自動的
に求めることができる。
〔発明の実施例〕
以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。第5図お
よびwS6図は本発明の第1実施例を示す。図中の符号
101は配管であって、この配管10ノ内には液体たと
えば水102と気体たとえば蒸気の気泡1θ3・・・と
からなる測定すべき二相流体が流通される。上記配管1
01の周囲には静止基準体Iθ4が設けられている。
この静止基準体104は密度、密度分布等が時間的に変
動しない物体たとえば固体あるいは容器内に密封された
均質な液体等から構成されている。なお、この第1実施
例では上記静止基準体104はアクリル樹脂で形成され
、環状をなしている。図中符号1θ5は放射線照射器た
とえばXm管を示し、配管10ノ内を流通する二相流体
に向けてX線のビームlθ6を照射する。
上記Xm管lθ5に対向する位置には放射線検出器たと
えばX線検出器107が設けられている。このX、@検
出器107はNaI 、 BGOなどのシンチレータと
このシンチレータから放射される光を検出する光電子増
倍管とから構成されており、上記X線管iosから放射
され、静止基準体104.配管101および二相流体を
透過したX線の強度を検出するように構成されている。
なお、符号10Bは走査機構である。この走査機構10
8は直走走査機構109と回動走査機構110とから構
成されている。上記直走走査機構109は上記X線管1
05およびX線検出器107を配管101と直交する方
向に直線的に移動させるように構成されている。上記回
動走査機構110はX@管105およびX線検出器10
7を配管10ノを中心として回動させるように構成され
ている7、上記X線検出器107からの信号は信号処理
回路11ノに送られ、この信号処理回路111には上記
直走走査機構109および回動走査機構110から走査
位置信号が送られるように構成されている。この信号処
理回路111はこれらの信号にもとづいて第6図の流れ
図に示す如き操作を行なう。
すなわち、まず配管101内に二相流体を流通させない
状態でX線管10gおよびX線検出器107を走査させ
て測定をおこない、所定の画像再構成アルゴリズムに従
って静止基準体104および配管10ノの密度分布の画
像を作成し、静止基準体104の画像中の複数の画素に
ついてそれらの測定値の分散σ。を算出し、記憶する。
この場合、配管101内には何も流通されていないので
、ノイズの影響はなく、静止基準体104内の正確な分
散σ0が求められる。次に配管101内に二相流体を流
通させ、X線管lθ5およびX線検出器107を走査さ
せ、測定し。
ついで投影データgiを収集する。そして、この測定を
繰返し、投影データgiの平均操作を行なう3、次に、
この平均した投影データgにもとづいて静止基準体10
4の測定値の分散σを求め、この分散σを初めに求めた
分散σ0と比較する。
そして、この分散σが分散σ。より大きな場合にはさら
に測定を行ない、新たに収集された投影データg1を加
えた平均操作を行々い、平均した投影データgにもとづ
いて静止基準体104の分散σを求め、これを分散σ。
と比較する。以下分散σが分散σ0以下となる壕で測定
を繰返す。
そして、分散σが分散σ。以下となったら測定を終了し
、それまでの測定の投影データの平均にもとづいて二相
流体のディト率分布等の密度分布を求め、CRT等の表
示器112に表示する。
以上の如く構成された第1実施例は複数回の測定を繰返
し、これらの平均の投影データにもとづいて算出した静
止基準体104の分散σが初めに測定した分散σ。以下
となるまで測定および平均操作を繰返すので、二相流体
のディト率分布を正確に求めることができる。すなわち
、二相流体が流通されていない状態で測定された静止基
準体104の分散σ。は二相流体のボイド率分布の変動
によるノイズが含まれていない。
また、二相流体が流通された状態で測定された投影デー
タは測定時間内におけるボイド率分布の時間的変動がノ
イズとして入力されるため、このノイズによって静止基
準体104の分散σは大きくなる。しかし、測定を繰返
して投影データを平均してゆくとボイド゛重分布等の時
間的変動によるノイズが相殺されてゆき、この平均の投
影データは長時間にわたる平均的なボイド率分布の投影
データに収束してゆく。よって。
平均の投影データが充分に収束されればノイズが相殺さ
れるので静止基準体104の分散σは最初に測定した分
散σ。より小さくなる。よって、この信号処理回路11
1は静止基準体104の分散σが分散σ。以下となる首
で測定を繰返して平均操作を行なうので得られた二相流
体のパーイド率分布等のデータは測定中におけるボイド
率分布の変動によるノイズが除去された正確なもまた、
第7図および第8図には本発明の第2実施例を示す。こ
の第2実施例は配管10ノの周囲に静止規準体は設けら
れていない。そして、この第2実施例は信号処理回路1
11で第8図の流れ線図に示す如き処理操作を行なう。
すなわち、まず配管10ノ内に二相流体を流通させてい
る状態においてX線管105およびX線検出器107を
一定の基準方向に向けて長時間静止させ、X線を照射し
てこの基準方向における投影データの基準平均値g(r
o+00)を求める。
この基準平均値g(ro+θ。)は長時間の測定で得ら
れたものであるから、この基準平均値g (rQ lθ
。)は二相流体のボイド率分布の変動等のノイズが相殺
されたものとなる。次に、X線管105およびX線検出
器107を走査させて測定を行ない、投影データg1の
収集するとともにこの測定を繰返して投影データgiの
平均操作を行なう。
そして、平均された投影データgのうち前記基準方向の
投影データの平均値g(’orθ。)と前記の基準平均
値g(ro+00)との差の絶対値が基準平均値g(r
orθ。)の絶対値に対応した値ε刈g(rotθ。)
1以下となるまで測定を繰返す。よってこの結果得られ
た投影データの平均値gは所定の範囲まで収束された所
定の精度を有することになる。
なお、上記εを変えることにより精度を任意に設定する
ことができる。
また、第9図には本発明の第3実施例の信号処理操作の
流れ線図を示す。との第3実施例は信号処理回路での処
理操作が異なる他は前記第2実施例と同様の構成である
。この第3実施例では信号処理操作を第9図の流れ線図
に示す如く行なう。すなわち、まずX線管、X線検出器
を走査させて測定を行ない、投影データ町の収集を行な
うとともに測定を繰返し、各回の測定毎にそれまでの測
定の投影データの平均値1.ををそれぞれ算出してゆく
。そして、最新の平均値りとその前の回の平均値i、−
5とを比較し、この平均値島とi、−4との差の絶対値
が最新の平均値の絶対値に対応した所定の値εX1g、
1以下となるまで測定を繰返す。上記平均値IJは測定
を重ねる毎にノイズが相殺された一定の平均値に収束し
てゆくが一定の平均値に近ずくにつれてその収束率が小
さくなってゆく。よって最新の平均値!、と前回の平均
値!、−1との差を求めてゆくことにより平均値i、か
どの程度まで収束したかが判別できるので、この平均値
の差が所定の値εx+’i、を以下となるまで測定を繰
返せば所定の精度が得られる。なお、上記εの値を変え
ることにより精度を任意に設定することができるもので
ある。
〔発明の効果〕
上述の如く本発明は二相流体に向けて放射線を照射する
放射線照射器と、上記二相流体を透過した放射線を検出
する放射線検出器と、上記放射線照射器および放射線検
出器を移動させる走査機構と、上記放射線検出器および
走査機構からの信号を受けこれらの信号から上記二相流
体の密度分布を算出するとともに複数回の測定データを
平均しこの平均値が所定の範囲内に達するまで測定を繰
返させる信号処理回路とを具備したものである。したが
って、放射線照射器と放射線検出器の走査により二相流
体の密度分布が求められる。また、流通される二相流体
の密度分布は温度、圧力、流速等の条件が一定であれば
短時間内での密度分布には変動を生じても長時間にわた
る密度分布は一定と々る。よって測定を複数回繰返して
その平均を求めてゆけばその平均値は長時間にわた゛る
密度分布の平均値に収束してゆく。したがって信号処理
回路で密度分布の平均値を求めながらこの密度分布が所
定の範囲内に収束する壕で測定を繰返してゆくので所望
の精度の密度分布を自動的に求めることができ、高精度
な測定が可能となる等その効果は大である。
【図面の簡単な説明】
第1図から第4図はそれぞれ従来例を示す概略構成図、
第5図および第6図は本発明の第1実施例を示し、第5
図は概略構成図、第6図は信号処理の流れ線図、第7図
および第8図は本発明の第2実施例を示し、第7図は概
略構成図、第8図は信号処理の流れ線図、第9図は本発
明の第3実施例における信号処理の流れ線図である。 101・・・配管、102・・・水、103・・・気泡
。 104・・・静止基準体、10B・・・走査機構、11
1・・・信号処理回路、112・・・表示器。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第 1 図 第2図 第3図 第5P!J 第6図 部子 第7図 第8図 チ不了

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 二相流体に向けて放射線番照射する放射線照射器と、上
    記二相流体を透過した放射線を検出する放射線検出器と
    、上記放射線照射器および放射線検出器を移動させる走
    査機構と、上記放射線検出器および走査機構からの信号
    を受けこれらの信号から上記二相流体の密度分布を算出
    するとともに複数回の測定データを平均しこの平均値が
    所定の範囲内に達するまで測定を繰返させる信号処理回
    路とを具備したことを特徴とする二相流体の密度分布測
    定装置。
JP58049891A 1983-03-25 1983-03-25 二相流体の密度分布測定装置 Pending JPS59174744A (ja)

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