WO2010134148A1 - 二相流励振力評価方法及び二相流励振力評価装置 - Google Patents

二相流励振力評価方法及び二相流励振力評価装置 Download PDF

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近藤喜之
西田憲司
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a two-phase flow excitation force evaluation method and a two-phase flow excitation force evaluation apparatus that evaluate excitation force acting on a plurality of tubes arranged to intersect a two-phase flow.
  • the primary cooling water is circulated between the core and the steam generator in a pressurized state, and the heat of the primary cooling water is transferred to the secondary cooling water by the steam generator. And produce steam.
  • the steam generator a plurality of pipes for circulating the primary cooling water circulating between the core and the steam generator are bent in a U shape and arranged. Then, since the secondary cooling water is filled around these pipes, heat is transferred from the primary cooling water to the secondary cooling water through the pipes, and the secondary cooling water evaporates and is vaporized. Will be generated.
  • the U-shaped pipe line disposed in the steam generator is vibrated by the primary cooling water flowing through the inside of the steam generator, and also excited from the secondary cooling water that boils and flows as a two-phase flow. Vibrate in response.
  • the void fraction of the two-phase flow can be obtained by arranging electrodes on the inner surface and the central portion of the flow path through which the two-phase flow flows, and measuring the voltage generated between these electrodes.
  • the vibration characteristics of the pipe line can be obtained by measuring the displacement caused by the vibration of the pipe line by the displacement sensor or measuring the stress caused by the vibration of the pipe line by the stress sensor.
  • the equipment for measuring the void fraction of the two-phase flow in the flow passage through which the two-phase flow flows and the equipment for vibrating the pipe line and measuring the vibration must be provided independently at different positions. For this reason, there existed a problem that the whole apparatus including a flow path will enlarge, and installation will take time. In addition, since it is necessary to provide at different positions, it is necessary to synchronize the measurement result of the measured void fraction of the two-phase flow and the measurement result of the vibration of the corresponding pipe line. There was a problem that took.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is a two-phase flow excitation force evaluation that can easily and accurately evaluate an excitation force that acts on a tubular body with a simple configuration.
  • a method and a two-phase flow excitation force evaluation apparatus are provided.
  • the present invention employs the following means in order to solve the above problems.
  • the present invention is a two-phase flow excitation force evaluation method for evaluating an excitation force acting on a plurality of tubes disposed so as to intersect a flow of the two-phase flow from the two-phase flow flowing in the flow part.
  • at least one part of the surface of the tube is made of a material that can conduct electricity, and the tube is displaced in a state where the tube is vibrated by the vibration generating means.
  • the stress is measured, and the void fraction of the two-phase flow flowing in the vicinity of the tubular body is measured based on a potential difference between a potential at a predetermined position on the surface of the tubular body and a reference potential.
  • the present invention is a two-phase flow excitation force evaluation device that evaluates an excitation force acting on a plurality of tubes disposed so as to intersect the flow of the two-phase flow from the two-phase flow flowing in the flow part.
  • the two-phase flow excitation force evaluation device is configured as one of a plurality of the tube bodies, and at least a part of the surface thereof is formed of a conductive material, and vibration generating means for vibrating the vibration tube And an excitation force evaluating means for measuring displacement or stress of the vibrating tube, and a void ratio of the two-phase flow flowing in the vicinity of the vibrating tube based on a potential difference between a potential at a predetermined position on the surface of the vibrating tube and a reference potential And a void ratio measuring means for measuring the above.
  • the vibrating tube which is one of the tubes arranged so as to intersect the flow of the two-phase flow, vibrates by the vibration generating means, and the two-phase as a reaction force of the vibration. Excited by the exciting force acting from the flow.
  • the void fraction of the two-phase flow that flows in the vicinity of the excitation force acting on the vibration tube is based on the potential difference between the potential at a predetermined position on the surface of the vibration tube and the reference potential, which is a material that can conduct at least part of the surface. Measured.
  • the excitation force acting on the vibrating tube is evaluated by measuring the displacement or stress of the excited vibrating tube.
  • both the void fraction of the two-phase flow and the excitation force acting on the tube are measured using equipment that is independent of each other by using a vibrating tube made of a material that allows at least part of the surface to conduct. It is possible to measure integrally without being done. For this reason, the entire apparatus can be easily installed with a simple configuration with a minimum number of members, without being enlarged, and can be accurately measured in association with each other.
  • the velocity of the two-phase flow is further measured, and based on the measured void ratio and velocity of the two-phase flow and the displacement or stress of the tube, It is preferable to determine the critical flow velocity for each rate.
  • the two-phase flow excitation force evaluation apparatus preferably includes two-phase flow velocity measuring means for measuring the velocity of the two-phase flow. Furthermore, in the two-phase flow excitation force evaluation apparatus, the two-phase flow velocity measured by the two-phase flow velocity measuring means, the void ratio of the two-phase flow measured by the void ratio measuring means, and It is preferable to provide a critical velocity analysis unit that obtains a critical velocity for each void ratio based on the displacement or stress of the vibrating tube measured by the excitation force evaluation means.
  • the velocity of the two-phase flow is further measured. For this reason, the critical flow velocity for each void ratio can be obtained based on the measured velocity and void ratio of the two-phase flow and the displacement or stress of the vibrating tube.
  • the void ratio of the two-phase flow is preferably obtained by measuring a potential difference between two points on the surface of the tubular body.
  • the void ratio measurement means includes a pair of first electrodes provided on the surface of the vibration tube with a space between each other, and the pair of first electrodes. It is preferable to have a first voltage measurement unit that detects a potential difference and a void rate analysis unit that calculates a void ratio based on the potential difference detected by the first voltage measurement unit.
  • the potential difference between two points that are spaced apart from each other on the surface of the vibrating tube changes depending on the void fraction of the two-phase flow that flows in the vicinity thereof. By doing so, the void ratio can be obtained.
  • a potential difference between two other points at different positions in the flow direction of the two-phase flow is further measured on the surface of the tubular body, It is preferable to obtain the local velocity of the two-phase flow that flows in the vicinity of the tubular body by the phase difference of the waveform of the potential difference to be measured.
  • the pair of first electrodes and the pair of second electrodes are spaced from each other at different positions in the flow direction of the two-phase flow on the surface of the vibrating tube.
  • a local velocity measuring means configured by a local velocity analyzing unit for obtaining a local velocity of the two-phase flow flowing in the vicinity of the vibrating tube by a phase difference between the waveform of the potential difference and the waveform of the potential difference detected by the second voltage measuring unit; It is preferable to provide.
  • the change in the void ratio can be measured as a waveform of the potential difference by measuring the potential difference between the two points.
  • the waveform of the potential difference is out of phase by the amount displaced in the two-phase flow direction. Will be detected. For this reason, the local velocity of the two-phase flow that flows in the vicinity of the vibrating tube can be obtained by measuring the phase difference of the waveform of the potential difference.
  • the void ratio of the two-phase flow may be obtained by measuring a potential difference between the surface of the tubular body and the inner surface of the flow part.
  • the void ratio measuring means includes an electrode provided on the inner surface of the flow portion so as to face the surface of the vibrating tube, and a potential difference between the vibrating tube and the electrode. It is also possible to have a voltage measurement unit that detects the above and a void rate analysis unit that calculates the void rate based on the potential difference detected by the voltage measurement unit.
  • the void ratio is measured by measuring the potential difference. Can be requested.
  • the two-phase flow excitation force evaluation method of the present invention by using one of the vibrating tubes, the void ratio of the two-phase flow is measured and the displacement or stress of the tube is measured. With the configuration, it is possible to easily and accurately evaluate the excitation force acting on the pipe body from the two-phase flow.
  • the two-phase flow excitation force evaluation apparatus of the present invention using a vibrating tube that is one of the vibrating tubes, the void fraction of the two-phase flow is measured and the displacement or stress of the tube is measured. By doing so, it is possible to evaluate the excitation force acting on the pipe body from the two-phase flow easily and accurately with a simple configuration.
  • the two-phase flow excitation force evaluation apparatus of the 1st Embodiment of this invention it is a schematic diagram which shows the detail of a vibration tube. It is a graph which shows the electric potential difference measured by the 1st voltage measurement part and the 2nd voltage measurement part in the two-phase flow excitation force evaluation apparatus of the 1st Embodiment of this invention.
  • the two-phase flow excitation force evaluation apparatus according to the first embodiment of the present invention it is a graph showing the relationship between the displacement of the vibrating tube and the two-phase flow velocity analyzed by the limit velocity analysis unit.
  • the two-phase flow excitation force evaluation apparatus 1 of the present embodiment includes a circulation part 2 that circulates a two-phase flow F that serves as a model, and the two-phase flow F in the circulation part 2.
  • a plurality of tubes 3 arranged so as to be orthogonal to the flow direction X, an excitation means 4 for vibrating the tube 3, an excitation force evaluation means 5 for measuring the displacement of the vibrating tube 3, and two-phase A void ratio measuring means 6 for measuring the void ratio of the flow F and a two-phase flow velocity measuring means 7 for measuring the velocity V of the two-phase flow F are provided.
  • the two-phase flow F is, for example, a model of boiled secondary cooling water in the evaporator, and is composed of alcohol and sulfur hexafluoride gas.
  • a supply unit for supplying the liquid and gas constituting the two-phase flow F is provided on the upstream side in the flow direction X.
  • one of the tubes 3 is configured as a vibrating tube 3 ⁇ / b> A that is vibrated by the vibration generating means 4.
  • the vibrating tube 3A is formed of a metal material so that electricity can be conducted.
  • the vibration generating means 4 is composed of, for example, a solenoid, and can vibrate the vibrating tube 3A with a desired amplitude and frequency that simulate vibrations received by the fluid flowing through the inside.
  • the excitation force evaluation means 5 includes a displacement sensor 5a that measures displacement in a direction orthogonal to the extending direction of the vibration tube 3A.
  • the vibrating tube 3A vibrates with an amplitude corresponding to the magnitude of the excitation force from the two-phase flow F. Therefore, the excitation force can be accurately evaluated by measuring the vibration amplitude of the vibration tube 3A by the displacement sensor 5a.
  • the void ratio measuring means 6 includes a pair of first electrodes 10 and 11 provided at two points spaced along the flow direction X on the surface of the vibration tube 3A, and one of the first electrodes 10 and 11.
  • a first voltage measurement unit 12 that measures a potential difference as a reference and a void rate analysis unit 13 that calculates a void rate based on the potential difference detected by the first voltage measurement unit 12 are provided.
  • the void ratio measuring means 6 includes a pair of terminals 13 and 14 provided on the surface of the vibration tube 3A so as to sandwich the pair of first electrodes 10 and 11 between the pair of terminals 13 and 14. And a constant current portion 15 for supplying a predetermined current.
  • the void rate analyzing unit 13 uses the two potentials flowing in the vicinity based on the potential difference. The void fraction of the phase flow F can be obtained.
  • FIG. 3 shows the potential difference measured by the first voltage measurement unit 12 as (a), and the potential difference measured by the second voltage measurement unit 18 as (b). Then, the local velocity analysis unit 19 extracts a time difference ⁇ T that is a phase difference between the waveform of the potential difference detected by the first voltage measurement unit 12 and the waveform of the potential difference detected by the second voltage measurement unit 18. .
  • the position where the pair of first electrodes 10, 11 is installed and the position where the pair of second electrodes 16, 17 are installed are different in position along the flow direction X of the two-phase flow F. . Therefore, the two-phase flow F detected by the pair of first electrodes 10 and 11 on the upstream side is detected by the pair of second electrodes 16 and 17 on the downstream side with a time difference ⁇ T corresponding to the velocity V. .
  • the local velocity analysis unit 19 extracts the phase difference between the waveform of the potential difference detected by the first voltage measurement unit 12 and the waveform of the potential difference detected by the second voltage measurement unit 18, and a pair of first It is possible to determine the velocity V of the two-phase flow F that flows in the vicinity from the distance between the electrodes 10 and 11 and the pair of second electrodes 16 and 17. Therefore, the local velocity analysis unit 19, the pair of first electrodes 10 and 11, the first voltage measurement unit 12, the pair of second electrodes 16 and 17, the second voltage measurement unit 18, the pair of terminals 13, 14 and the constant current unit 15 constitute a local velocity measuring means 20 for obtaining a local velocity V1 of the two-phase flow F flowing in the vicinity of the vibrating tube 3A.
  • the two-phase flow velocity measuring means 7 is provided on the upstream side of the group of tube bodies 3 in the present embodiment, and a pair of third electrodes 21 provided at each of two locations different in the flow direction X. 22, a pair of fourth electrodes 23, 24, a third voltage measuring unit 25 for measuring a potential difference generated in the two-phase flow F between the pair of third electrodes 21, 22, and between the pair of fourth electrodes 23, 24 A speed at which the velocity V of the two-phase flow F is calculated from the measurement results of the fourth voltage measurement unit 26 that measures the potential difference generated in the two-phase flow F, and the third voltage measurement unit 25 and the fourth voltage measurement unit 26.
  • a calculation unit 27 is included.
  • the position where the pair of third electrodes 21 and 22 is installed and the position where the pair of fourth electrodes 23 and 24 are installed are different in position along the flow direction X of the two-phase flow F. . Accordingly, the two-phase flow F detected by the pair of third electrodes 21 and 22 on the upstream side is detected by the pair of fourth electrodes 23 and 24 on the downstream side with a time difference corresponding to the velocity V.
  • the speed calculation unit 27 extracts the phase difference between the waveform of the potential difference detected by the third voltage measurement unit 25 and the waveform of the potential difference detected by the fourth voltage measurement unit 26, and the pair of third electrodes
  • the average velocity V of the two-phase flow F flowing through the circulation part 2 can be obtained from the separation distance between the pair 21 and 22 and the pair of fourth electrodes 23 and 24.
  • the void fraction of F is input to the limit speed analysis unit 28.
  • the limit speed analysis unit 28 plots the relationship between the displacement of the vibration tube 3A corresponding to each other and the speed V of the two-phase flow F, and obtains the limit speed Vc from the correlation between the two.
  • the critical velocity analysis unit 28 plots the relationship between the displacement of the vibrating tube 3 ⁇ / b> A and the velocity V of the two-phase flow F for each segment of the void fraction of the input two-phase flow F.
  • a void rate analysis unit 13 in the void rate measurement unit 6, a local velocity analysis unit 19 in the local velocity measurement unit 20, a velocity calculation unit 27 in the two-phase flow velocity measurement unit 7, and a limit velocity analysis unit. 28 is configured integrally as an analysis device 30.
  • a two-phase flow F as a model is circulated through the circulation section 2 and the tube 3 disposed so as to intersect the flow of the two-phase flow F is included.
  • One vibrating tube 3 ⁇ / b> A is vibrated by the vibrating means 4.
  • the vibrating tube 3A is excited by an excitation force acting from the two-phase flow F flowing around it.
  • the displacement associated with the vibration of the vibrating tube 3 ⁇ / b> A is measured by the excitation force evaluating means 5, and the void ratio of the two-phase flow F flowing in the vicinity is measured by the void ratio measuring means 6.
  • the local velocity V1 is measured by the local velocity measuring means 20.
  • the velocity V of the two-phase flow F supplied to the circulation unit 2 is measured by a two-phase flow F measuring unit.
  • the critical velocity analysis unit 28 obtains the critical flow velocity Vc for each void rate segment.
  • the void fraction of the two-phase flow F and the excitation force acting on the tube body 3 are measured by using the vibration tube 3A formed of a conductive metal material, and are measured with facilities independent from each other. And can be measured integrally. For this reason, the entire apparatus can be easily installed with a simple configuration with a minimum number of members, without being enlarged, and can be accurately measured in association with each other. For this reason, as a simple configuration, the excitation force acting on the tube 3 from the two-phase flow F can be evaluated easily and accurately.
  • the local velocity V1 of the two-phase flow F that flows in the vicinity of the vibrating tube 3A is also determined by the local velocity measuring means 20, so that the relationship between the local velocity V1 and the excitation force is also evaluated. It becomes possible to do.
  • FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention.
  • the same members as those used in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the void ratio measuring means 41 includes a first electrode 42 and a first electrode provided on the inner surface of the flow portion 2 facing the vibrating tube 3A.
  • the first voltage measuring unit 43 that measures the potential difference between the electrode 42 and the surface of the vibrating tube 3A, and the void rate analyzing unit 13 that calculates the void ratio based on the potential difference detected by the first voltage measuring unit 43 are provided. .
  • the potential difference between the first electrode 42 and the vibrating tube 3A is caused by the void ratio of the two-phase flow F flowing between the first electrode 42 and the vibrating tube 3A. Since it changes, the void ratio analysis unit 13 can calculate and calculate the void ratio based on the potential difference measured by the first voltage measurement unit 43. For this reason, also in the present embodiment, by using the vibration tube 3A formed of a conductive metal material, the excitation force acting on the vibration tube 3A by a two-phase flow based on the void ratio can be configured with a simple configuration. Easy and accurate evaluation is possible.
  • the excitation force evaluation means 5 measures the displacement of the vibration tube 3A by the displacement sensor 5a and evaluates the excitation force based on the displacement.
  • a stress sensor may be provided in the vibration tube 3A, and the excitation force may be evaluated based on the stress detected by the stress sensor. Since the vibration tube 3A that vibrates and is displaced by the excitation force also changes the stress in accordance with the displacement, the excitation force can be evaluated by extracting the amplitude of the stress waveform.
  • the vibration tube 3A is formed of a conductive metal material. However, in order to function as an electrode, at least a part of the surface is formed of a conductive material. It only has to be done.
  • the two-phase flow excitation force evaluation devices 1 and 40 are used for the evaluation of the two-phase flow excitation force.
  • the present invention is not limited to this.
  • the evaluation of the excitation force of the two-phase flow at least one of the plurality of tube bodies 3 is vibrated by the vibration generating means 4, and the displacement or stress of the tube body corresponding to the excitation force acting on the vibrating tube body is measured.

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Abstract

本発明の二相流励振力評価方法は、複数の管体（３）の一つを、少なくとも表面の一部を導通可能な材質で形成して、起振手段（４）によって振動させた状態で、該管体（３）の変位または応力を測定するとともに、該管体（３）の表面の所定位置における電位と基準電位との電位差に基づいて管体（３）近傍に流れる二相流（Ｆ）のボイド率を測定する。

Description

二相流励振力評価方法及び二相流励振力評価装置
　本発明は、二相流の流れに交差するように複数配設された管体に作用する励振力を評価する二相流励振力評価方法及び二相流励振力評価装置に関する。
　本願は、２００９年５月１９日に、日本に出願された特願２００９－１２１１９０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　例えば、加圧水型軽水炉や一体型モジュラー軽水炉では、一次冷却水を加圧した状態で炉心と蒸気発生器との間で循環させて、一次冷却水の熱を蒸気発生器で二次冷却水に伝達させて、蒸気を生成する。ここで、蒸気発生器内では、炉心と蒸気発生器との間で循環する一次冷却水が流通するための複数の管路がＵ字状に折り曲げられて配設される。そして、これら管路の周囲に二次冷却水が満たされていることで、該管路を介して一次冷却水から二次冷却水に熱が伝達され、該二次冷却水が蒸発して蒸気が生成されることとなる。この際、蒸気発生器内に配設されたＵ字状の管路は、内部を流通する一次冷却水によって振動が与えられるとともに、沸騰し二相流として流動する二次冷却水からも励振力を受けて振動する。
　このため、上記のような蒸気発生器においては、試験的に管路の周囲に二相流を流動させて、該二相流のボイド率を測定するとともに、起振された管路の振動特性を測定する。そして、流動する二相流から管路に作用する励振力をボイド率と関係付けて評価し、該評価結果から管路及び該管路を固定する部材の設計を行っていた。ここで、二相流のボイド率は、二相流が流れる流路の内面と、中心部分のそれぞれに電極を配設して、これら電極間に発生する電圧を測定することにより求めることができる（例えば、特許文献１参照）。また、管路の振動特性としては、変位センサによって管路の振動にともなって生じる変位を測定し、あるいは、応力センサによって管路の振動に伴って生じる応力を測定することによって得られる。
　しかしながら、上記のような二相流の励振力評価においては、二相流の流れる流通路に、二相流のボイド率を計測する設備と、管路を振動させるとともに、その振動を測定する設備とを、異なる位置でそれぞれ独立して設ける必要があった。このため、流通路も含めた装置全体が大型化してしまうとともに、設置に手間が掛かってしまう問題があった。また、異なる位置で設ける必要があることから、測定した二相流のボイド率の測定結果と、対応する管路の振動の測定結果とを同期させる必要があり、正確な計測が困難で時間がかかってしまう問題があった。
特開２００１－２７２４９４号公報
　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で、容易かつ正確に二相流から管体に作用する励振力を評価することが可能な二相流励振力評価方法及び二相流励振力評価装置を提供するものである。
　本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
　本発明は、流通部に流れる二相流から、該二相流の流れに交差するように複数配設された管体に作用する励振力を評価する二相流励振力評価方法である。前記二相流励振力評価方法では、複数の前記管体の一つを、少なくとも表面の一部を導通可能な材質で形成して、起振手段によって振動させた状態で、該管体の変位または応力を測定するとともに、該管体の表面の所定位置における電位と基準電位との電位差に基づいて前記管体近傍に流れる前記二相流のボイド率を測定することを特徴としている。
　また、本発明は、流通部に流れる二相流から、該二相流の流れに交差するように複数配設された管体に作用する励振力を評価する二相流励振力評価装置である。前記二相流励振力評価装置は、複数の前記管体の一つとして構成され、且つ少なくとも表面の一部が導通可能な材質で形成された振動管と、該振動管を振動させる起振手段と、前記振動管の変位または応力を測定する励振力評価手段と、該振動管の表面の所定位置における電位と基準電位との電位差に基づいて前記振動管近傍に流れる前記二相流のボイド率を測定するボイド率測定手段とを備えることを特徴としている。
　これら方法及び構成によれば、二相流の流れに交差するように配設された管体の内の一つである振動管は、起振手段により振動し、該振動の反力として二相流から作用する励振力によって励振される。そして、振動管に励振力を作用させる近傍に流れる二相流のボイド率は、少なくとも表面の一部で導通可能な材質である振動管の表面の所定位置における電位と基準電位との電位差に基づいて測定される。また、振動管に作用する励振力は、励振される振動管の変位または応力を測定することで評価される。ここで、二相流のボイド率も、管体に作用する励振力も、表面の少なくとも一部が導通可能な材質で形成された振動管を利用して測定することで、互いに独立した設備で測定されることなく、一体的に測定することができる。このため、装置全体が大型化してしまうことなく、部材数を最小限として簡易な構成で容易に設置可能であるとともに、両者を対応づけて正確に測定することができる。
　また、上記の二相流励振力評価方法において、前記二相流の速度をさらに測定し、測定された前記二相流のボイド率及び速度と前記管体の変位または応力とに基づいて、ボイド率毎の限界流速を求めることが好ましい。
　また、上記の二相流励振力評価装置において、前記二相流の速度を測定する二相流速度測定手段を備えることが好ましい。
　さらに、上記の二相流励振力評価装置において、前記二相流速度測定手段で測定された前記二相流の速度、前記ボイド率測定手段で測定された前記二相流のボイド率、及び、前記励振力評価手段で測定された前記振動管の変位または応力に基づいて、ボイド率毎の限界流速を求める限界速度解析部を備えることが好ましい。
　これら方法及び構成によれば、二相流の速度がさらに測定される。このため、測定された二相流の速度及びボイド率、並びに、振動管の変位または応力に基づいてボイド率毎の限界流速を求めることができる。
　また、上記の二相流励振力評価方法において、前記二相流のボイド率は、前記管体の表面における二点間の電位差を測定することによって求められることが好ましい。
　また、上記の二相流励振力評価装置において、前記ボイド率測定手段は、前記振動管の表面に互いに間隔を有して設けられた一対の第一電極と、前記一対の第一電極間の電位差を検出する第一電圧計測部と、該第一電圧計測部で検出された電位差に基づいてボイド率を演算するボイド率解析部とを有することが好ましい。
　これら方法及び構成によれば、振動管の表面に互いに間隔を有する二点間の電位差は、その近傍を流れる二相流のボイド率によって変化することとなるので、一方を基準とした電位差を測定することによりボイド率を求めることができる。
　さらに、上記の二相流励振力評価方法において、前記管体の表面で、前記二相流の流れ方向に異なる位置の他の二点間の電位差をさらに測定し、両二点間のそれぞれで測定される電位差の波形の位相差によって前記管体近傍を流れる前記二相流の局所速度を求めることが好ましい。
　さらに、上記の二相流励振力評価装置において、前記振動管の表面には、前記一対の第一電極と前記二相流の流れ方向に異なる位置で互いに間隔を有して一対の第二電極が設けられ、
　前記一対の第一電極、前記第一電圧計測部、前記一対の第二電極、前記一対の第二電極間の電位差を検出する第二電圧計測部、及び前記第一電圧計測部で検出された電位差の波形と前記第二電圧計測部で検出された電位差の波形との位相差によって前記振動管近傍を流れる前記二相流の局所速度を求める局所速度解析部で構成される局所速度測定手段を備えることが好ましい。
　これら方法及び構成によれば、二点間同士それぞれにおいて、電位差を測定することでボイド率の変化を電位差の波形として測定することができる。ここで、それぞれ電位差を測定する組同士は、二相流の流れる方向に異なる位置で設けられていることから、電位差の波形は、二相流の流れる方向に位置ずれした分だけ位相がずれて検出されることとなる。このため、電位差の波形の位相差を測定することで、振動管近傍を流れる二相流の局所速度を求めることができる。
　また、上記の二相流励振力評価方法において、前記二相流のボイド率は、前記管体の表面と前記流通部の内面との間の電位差を測定することによって求めるものとしても良い。
　また、上記の二相流励振力評価装置において、前記ボイド率測定手段は、前記流通部の内面に前記振動管の表面と対向して設けられた電極と、前記振動管と前記電極との電位差を検出する電圧計測部と、該電圧計測部で検出された電位差に基づいてボイド率を演算するボイド率解析部とを有するものとしても良い。
　これら方法及び構成によれば、振動管の表面と流通部の内面との間の電位差は、その間を流れる二相流のボイド率によって変化することとなるので、該電位差を測定することによりボイド率を求めることができる。
　本発明の二相流励振力評価方法によれば、振動させる管体の一つを利用して、二相流のボイド率を測定するとともに管体の変位または応力を測定することで、簡易な構成で、容易かつ正確に二相流から管体に作用する励振力を評価することができる。
　また、本発明の二相流励振力評価装置によれば、振動させる管体の一つである振動管を利用して、二相流のボイド率を測定するとともに管体の変位または応力を測定することで、簡易な構成で、容易かつ正確に二相流から管体に作用する励振力を評価することができる。
本発明の第１の実施形態の二相流励振力評価装置の概要図である。 本発明の第１の実施形態の二相流励振力評価装置において、振動管の詳細を示す概要図である。 本発明の第１の実施形態の二相流励振力評価装置において、第一電圧計測部及び第二電圧計測部で計測された電位差を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態の二相流励振力評価装置において、限界速度解析部で解析された振動管の変位と二相流の速度との関係を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態の二相流励振力評価装置の概要図である。
（第１の実施形態）
　本発明に係る第１の実施形態について、図１から図４を参照して説明する。
　図１及び図２に示すように、本実施形態の二相流励振力評価装置１は、モデルとなる二相流Ｆを流通させる流通部２と、該流通部２内に二相流Ｆの流れ方向Ｘに直交するように配設された複数の管体３と、管体３を振動させる起振手段４と、振動する管体３の変位を測定する励振力評価手段５と、二相流Ｆのボイド率を測定するボイド率測定手段６と、二相流Ｆの速度Ｖを測定する二相流速度測定手段７とを備える。
　二相流Ｆは、例えば、蒸発器中の沸騰した二次冷却水をモデル化したものであり、アルコールと、六フッ化硫黄ガスとからなる。なお、図１及び図２においては省略されているが、流れ方向Ｘ上流側には、二相流Ｆを構成する液体及び気体が供給される供給部が設けられている。また、図１及び図２に示すように、管体３の内の一つは、起振手段４によって振動される振動管３Ａとして構成されている。また、管体３の他のものについては、中実のものとしても良い。そして、振動管３Ａは、電気を導通可能に金属材料で形成されている。起振手段４としては、例えばソレノイドなどからなり、振動管３Ａを、内部を流通する流体によって受ける振動を模擬する所望の振幅、周波数で振動させることが可能である。また、励振力評価手段５は、振動管３Ａの延設方向と直交する方向の変位を測定する変位センサ５ａからなる。振動管３Ａは、二相流Ｆからの励振力の大きさに応じた振幅で振動する。従って変位センサ５ａによって振動管３Ａの振動振幅を測定することによって励振力を正確に評価することが可能である。
　また、ボイド率測定手段６は、振動管３Ａの表面に流れ方向Ｘに沿って間隔を有する二点に設けられた一対の第一電極１０、１１と、第一電極１０、１１間で一方を基準として電位差を測定する第一電圧計測部１２と、第一電圧計測部１２で検出された電位差に基づいてボイド率を演算するボイド率解析部１３とを有する。さらに、ボイド率測定手段６は、振動管３Ａの表面に延設方向に沿って一対の第一電極１０、１１を挟むようにして設けられた一対の端子１３、１４と、一対の端子１３、１４間に所定の電流を流す定電流部１５とを有する。このため、第一電極１０、１１間には、一対の端子１３、１４間に流れる電流により電位差が生じる。第一電圧計測部１２で計測される第一電極１０、１１間の電位差は、近傍を流れる二相流Ｆのボイド率によって異なるため、ボイド率解析部１３では当該電位差に基づいて近傍を流れる二相流Ｆのボイド率を求めることができる。
　また、振動管３Ａの表面において、一対の第一電極１０、１１と二相流Ｆの流れ方向Ｘに沿って下流側の異なる位置には、流れ方向Ｘに沿って間隔を有する二点に一対の第二電極１６、１７が設けられている。そして、第二電圧計測部１８によって第二電極１６、１７間の電位差を測定することが可能となっている。このため、第二電圧計測部１８において、近傍を流れる二相流Ｆのボイド率に応じた電位差が検出されることとなる。図３には、（ａ）として、第一電圧計測部１２で計測される電位差を、（ｂ）として、第二電圧計測部１８で計測される電位差を示している。そして、局所速度解析部１９では、第一電圧計測部１２で検出された電位差の波形と、第二電圧計測部１８で検出された電位差の波形との位相差となる時間差ΔＴを抽出している。
　ここで、一対の第一電極１０、１１が設置される位置と一対の第二電極１６、１７が設置される位置とは、二相流Ｆの流れ方向Ｘに沿って位置を異なるものとしている。従って、上流側の一対の第一電極１０、１１で検出された二相流Ｆは、その速度Ｖと対応した時間差ΔＴをもって下流側の一対の第二電極１６、１７で検出されることとなる。このため、局所速度解析部１９で、第一電圧計測部１２で検出された電位差の波形と、第二電圧計測部１８で検出された電位差の波形との位相差を抽出し、一対の第一電極１０、１１と一対の第二電極１６、１７との離間距離とから近傍を流れる二相流Ｆの速度Ｖを求めることが可能である。そこで、局所速度解析部１９と、一対の第一電極１０、１１と、第一電圧計測部１２と、一対の第二電極１６、１７と、第二電圧計測部１８と、一対の端子１３、１４と、定電流部１５とによって、振動管３Ａ近傍を流れる二相流Ｆの局所速度Ｖ１を求める局所速度測定手段２０が構成されている。
　また、二相流速度測定手段７は、本実施形態では管体３の群の上流側に設けられており、流れ方向Ｘに位置の異なる２箇所のそれぞれに設けられた一対の第三電極２１、２２、一対の第四電極２３、２４、一対の第三電極２１、２２間で二相流Ｆ内に生じる電位差を測定する第三電圧計測部２５、一対の第四電極２３、２４間で二相流Ｆ内に生じる電位差を測定する第四電圧計測部２６及び、第三電圧計測部２５と第四電圧計測部２６とのそれぞれの計測結果から二相流Ｆの速度Ｖを演算する速度演算部２７を有する。ここで、一対の第三電極２１、２２が設置される位置と一対の第四電極２３、２４が設置される位置とは、二相流Ｆの流れ方向Ｘに沿って位置を異なるものとしている。従って、上流側の一対の第三電極２１、２２で検出された二相流Ｆは、その速度Ｖと対応した時間差をもって下流側の一対の第四電極２３、２４で検出されることとなる。このため、速度演算部２７で、第三電圧計測部２５で検出された電位差の波形と、第四電圧計測部２６で検出された電位差の波形との位相差を抽出し、一対の第三電極２１、２２と一対の第四電極２３、２４との離間距離とから流通部２を流れる二相流Ｆの平均的な速度Ｖを求めることが可能である。
　また、二相流速度測定手段７で得られた二相流Ｆの速度Ｖと、励振力評価手段５で測定された振動管３Ａの変位と、ボイド率測定手段６で得られた二相流Ｆのボイド率とは、限界速度解析部２８に入力されている。限界速度解析部２８は、互いに対応する振動管３Ａの変位と、二相流Ｆの速度Ｖとの関係をプロットし、両者の相関関係から限界速度Ｖｃを求める。ここで、図４に示すように、限界速度解析部２８は、入力される二相流Ｆのボイド率の区分毎に、振動管３Ａの変位と二相流Ｆの速度Ｖとの関係をプロットすることにより、ボイド率の区分毎の限界流速Ｖｃを求めることが可能である。なお、本実施形態では、ボイド率測定手段６におけるボイド率解析部１３、局所速度測定手段２０における局所速度解析部１９、二相流速度測定手段７における速度演算部２７、及び、限界速度解析部２８は、解析装置３０として一体的に構成されている。
　次に、この実施形態における二相流励振力評価方法について説明する。
　まず、図１及び図２に示すように、流通部２に、モデルとなる二相流Ｆを流通させるとともに、二相流Ｆの流れに交差するように配設された管体３の内の一つである振動管３Ａを起振手段４により振動させる。そして、振動管３Ａは、周囲を流れる二相流Ｆから作用する励振力によって励振されることとなる。そして、この振動管３Ａの振動に伴う変位が励振力評価手段５によって測定されるとともに、その際に近傍を流れる二相流Ｆのボイド率がボイド率測定手段６によって、測定される。また、局所速度Ｖ１が局所速度測定手段２０によって測定されている。流通部２に供給される二相流Ｆの速度Ｖは、二相流Ｆ測定手段によって測定されている。そして、図４に示すように、限界速度解析部２８によって、ボイド率区分毎の限界流速Ｖｃが求められる。
　ここで、二相流Ｆのボイド率も、管体３に作用する励振力も、導通可能な金属材料で形成された振動管３Ａを利用して測定することで、互いに独立した設備で測定されることなく、一体的に測定することができる。このため、装置全体が大型化してしまうことなく、部材数を最小限として簡易な構成で容易に設置可能であるとともに、両者を対応づけて正確に測定することができる。このため、簡易な構成として、容易かつ正確に二相流Ｆから管体３に作用する励振力を評価することができる。また、本実施形態では、局所速度測定手段２０により振動管３Ａ近傍に流れる二相流Ｆの局所速度Ｖ１も対応して求められていることにより、局所速度Ｖ１と、励振力との関係も評価することが可能となる。
（第２の実施形態）
　次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態を示したものである。なお、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
　図５に示すように、本実施形態の二相流励振力評価装置４０において、ボイド率測定手段４１は、振動管３Ａと対向する流通部２の内面に設けられた第一電極４２、第一電極４２と振動管３Ａの表面との間の電位差を測定する第一電圧計測部４３及び、第一電圧計測部４３で検出された電位差に基づいてボイド率を演算するボイド率解析部１３を有する。
　このような二相流励振力評価装置４０においても、第一電極４２と振動管３Ａとの間を流れる二相流Ｆのボイド率により、第一電極４２と振動管３Ａとの間の電位差が変化することから、ボイド率解析部１３では、第一電圧計測部４３によって測定された電位差に基づいてボイド率を演算して求めることができる。このため、本実施形態においても、導通可能な金属材料で形成された振動管３Ａを利用して、当該ボイド率に基づいて二相流によって振動管３Ａに作用する励振力を、簡易な構成で容易かつ正確に評価することができる。
　以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
　なお、上記各実施形態では、励振力評価手段５では、変位センサ５ａによって振動管３Ａの変位を測定して、該変位によって励振力を評価するものとしたが、これに限るものではない。例えば、振動管３Ａに応力センサを設け、該応力センサで検出された応力によって励振力を評価するものとしても良い。励振力によって振動し変位する振動管３Ａは、変位に応じて応力も変化することから、応力波形の振幅を抽出することによっても励振力を評価することができる。また、上記各実施形態では、振動管３Ａは、導通可能な金属材料で形成されているものとしたが、電極として機能するために、表面の少なくとも一部が電気的に導通可能な材料で形成されていれば良い。
　また、上記実施形態では、二相流の励振力の評価には、二相流励振力評価装置１、４０が利用されるものとして説明したが、これに限るものではない。二相流の励振力の評価では、少なくとも複数の管体３の一つを起振手段４で振動させて、振動する該管体に作用する励振力と対応する管体の変位または応力を測定するとともに、当該管体３の表面の所定位置における電位と基準電位との電位差を測定可能な構成を備えていれば良い。
１、４０　二相流励振力評価装置
２　流通部
３　管体
３Ａ　振動管
４　起振手段
５　励振力評価手段
６、４１　ボイド率測定手段
７　二相流速度測定手段
１０、１１、４２　第一電極
１２、４３　第一電圧計測部
１３　ボイド率解析部
１６、１７　第二電極
１８　第二電圧計測部
１９　局所速度解析部
２０　局所速度測定手段
２８　限界速度解析部

Claims (11)

  1. 　流通部に流れる二相流から、該二相流の流れに交差するように複数配設された管体に作用する励振力を評価する二相流励振力評価方法であって、
    　複数の前記管体の一つを、少なくとも表面の一部を導通可能な材質で形成して、起振手段によって振動させた状態で、該管体の変位または応力を測定するとともに、
    　該管体の表面の所定位置における電位と基準電位との電位差に基づいて前記管体近傍に流れる前記二相流のボイド率を測定することを特徴とする二相流励振力評価方法。
  2. 　請求項１に記載の二相流励振力評価方法であって、
    　前記二相流の速度をさらに測定し、
    　測定された前記二相流のボイド率及び速度と前記管体の変位または応力とに基づいて、ボイド率毎の限界流速を求める二相流励振力評価方法。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の二相流励振力評価方法であって、
    　前記二相流のボイド率が、前記管体の表面における二点間の電位差を測定することによって求められる二相流励振力評価方法。
  4. 　請求項３に記載の二相流励振力評価方法であってて、
    　前記管体の表面で、前記二相流の流れ方向に沿った異なる位置の他の二点間の電位差をさらに測定し、
    　両二点間のそれぞれで測定される電位差の波形の位相差によって前記管体近傍を流れる前記二相流の局所速度を求める二相流励振力評価方法。
  5. 　請求項１に記載の二相流励振力評価方法であって、
    　前記二相流のボイド率が、前記管体の表面と前記流通部の内面との間の電位差を測定することによって求められる二相流励振力評価方法。
  6. 　流通部に流れる二相流から、該二相流の流れに交差するように複数配設された管体に作用する励振力を評価する二相流励振力評価装置であって、
    　複数の前記管体の一つとして構成され、少なくとも表面の一部が導通可能な材質で形成された振動管、
    　該振動管を振動させる起振手段、
    　前記振動管の変位または応力を測定する励振力評価手段及び、
    　該振動管の表面の所定位置における電位と基準電位との電位差に基づいて前記振動管近傍に流れる前記二相流のボイド率を測定するボイド率測定手段を備えることを特徴とする二相流励振力評価装置。
  7. 　請求項６に記載の二相流励振力評価装置であって、
    　前記二相流の速度を測定する二相流速度測定手段を備える二相流励振力評価装置。
  8. 　請求項７に記載の二相流励振力評価装置であって、
    　前記二相流速度測定手段で測定された前記二相流の速度、前記ボイド率測定手段で測定された前記二相流のボイド率、及び、前記励振力評価手段で測定された前記振動管の変位または応力に基づいて、ボイド率毎の限界流速を求める限界速度解析部を備える二相流励振力評価装置。
  9. 　請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の二相流励振力評価装置であって、前記ボイド率測定手段は、
    　前記振動管の表面に互いに間隔を有して設けられた一対の第一電極、
    　前記一対の第一電極間の電位差を検出する第一電圧計測部及び、
    　該第一電圧計測部で検出された電位差に基づいてボイド率を演算するボイド率解析部を有する二相流励振力評価装置。
  10. 　請求項９に記載の二相流励振力評価装置であって、
    　前記振動管の表面には、前記一対の第一電極と前記二相流の流れ方向に異なる位置で互いに間隔を有して一対の第二電極が設けられ、
    　前記一対の第一電極、
    　前記第一電圧計測部、
    　前記一対の第二電極、
    　前記一対の第二電極間の電位差を検出する第二電圧計測部及び、
    　前記第一電圧計測部で検出された電位差の波形と前記第二電圧計測部で検出された電位差の波形との位相差によって前記振動管近傍を流れる前記二相流の局所速度を求める局所速度解析部で構成される局所速度測定手段を備える二相流励振力評価装置。
  11. 　請求項６に記載の二相流励振力評価装置であって、前記ボイド率測定手段は、
    　前記流通部の内面に前記振動管の表面と対向して設けられた電極、
    　前記振動管と前記電極との電位差を検出する電圧計測部及び、
    　該電圧計測部で検出された電位差に基づいてボイド率を演算するボイド率解析部を有することを特徴とする二相流励振力評価装置。
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