Study on flow characteristics and interfacial transport mechanism in gas-liquid two-phase flow between fuel plates in research reactor

研究堆燃料板间气液两相流流动特性及界面传输机制研究

• 批准号: 21K04941
• 负责人: 沈 秀中
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04941/
• 关键词: 試験研究炉; 燃料板間流路; 気液二相流; 流動特性測定; ボイド率; 界面積濃度; 流動様式遷移; 界面積濃度輸送方程式; 界面輸送モデリング

試験研究炉最適安全評価コードの物理モデルを構築・検証する目的を実現するために、令和4年度は以下の実験準備、実験研究とモデル開発を実施した。（１）試験研究炉燃料要素実寸大の狭隘円弧状流路試験部（隙間G3mm×高さH1m×幅L65.88mm×円弧半径R13.9cm）1体及び気相と液相を均一に導入可能な気液混合器１体を製作・設置した。（２）4本光ファイバーで構成する４センサー・プローブを利用した広範囲の空気ー水気液二相流の計測実験を実施し、気泡をそのサイズにより一群小気泡群と二群大気泡群に分類し、それぞれ気泡群のボイド率、界面積濃度、気泡径、気泡速度のデータベースを構築した。（３）差圧計測系統による広範囲の空気ー水気液二相流の局所圧力損失の計測を行い、流れ方向の平均ボイド率と摩擦圧力損失のデータベースを構築した。（４）高速カメラを利用した広範囲の空気ー水気液二相流の流動様式の観察実験を実施し、取得した流動様式データの分析によって狭隘円弧状流路試験部内気液二相流の流動様式特性の解明と流動様式遷移モデルの開発を検討した。（５）既存の狭隘流路用ドリフトフラックスモデルの予測ボイド率と収集した実測ボイド率データの比較を行い、既存のドリフトフラックスモデルの問題点を明らかにした。（６）ドリフトフラックスモデルの分布パラメーターとドリフト速度が上昇気液二相流を一次元的に扱った際に相分布と気液二相運動の不均一性により生じたものであるので、狭隘流路内気液二相流の極端な物性状況、流路特徴及び局所流動条件を考えて、分布パラメーターとドリフト速度それぞれの新しい構成式を開発・検証した。（７）本年度の研究成果は学術会議で発表した。国際学術ジャーナルにも投稿・発表している。

为了实现构建和验证试验研究堆最优安全评价代码物理模型的目的，2020财年开展了以下实验准备、实验研究和模型开发。 (1)试验研究堆燃料元件实际尺寸窄弧形流道试验段(间隙G3mm×高H1m×宽L65.88mm×圆弧半径R13.9cm)并允许均匀引入气相和液相A气体。 -制造并安装了液体混合器。 (2)利用由四根光纤组成的四传感器探头进行了气-水汽-液两相流的大范围测量实验，并根据气泡的大小将气泡分为一组小气泡和两组大气泡。并建立了每个气泡组的空隙率、界面面积浓度、气泡直径和气泡速度的数据库。 (3)利用差压测量系统测量了大范围的空气-水-汽-液两相流的局部压力损失，并构建了平均空隙率和流动方向摩擦压力损失的数据库。 (4)利用高速相机进行大范围的气-水汽-液两相流流态观测实验，并分析获得的流态数据，确定气-液流态我们研究了狭窄弧形流道试验段中的两相流的特性并建立了流动模式转变模型。 (5)将现有窄通道漂移通量模型的预测空隙率与采集的实测空隙率数据进行比较，澄清了现有漂移通量模型存在的问题。 (6) 由于一维处理上升气液两相流时，漂移通量模型的分布参数和漂移速度是由相分布和气液两相运动的不均匀性引起的，因此考虑通道内气液两相流的极端物理性质、通道特性和局部流动条件，建立并验证了新的分布参数和漂移速度本构方程。 （7）今年的研究成果在学术会议上发表。他还在国际学术期刊上提交并发表了论文。

项目成果

Google Scholar 沈秀中ホームページ

Google Scholar 沉秀中主页

Multi-dimensional characteristics of upward bubbly flows in a vertical large-size square channel

垂直大尺寸方形通道内向上气泡流动的多维特征

• DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.124214
• 发表时间: 2023
• 期刊: International Journal of Heat and Mass Transfer
• 影响因子: 5.2
• 作者: Sun Haomin;Kunugi Tomoaki;Yokomine Takehiko;Shen Xiuzhong;Hibiki Takashi
• 通讯作者: Hibiki Takashi

Dynamic mode decomposition application to dominance ratio assessment in Monte Carlo k-eigenvalue calculation

动态模式分解在蒙特卡罗 k 特征值计算中的优势比评估中的应用

• DOI: 10.1016/j.anucene.2022.109205
• 发表时间: 2022
• 期刊: Annals of Nuclear Energy
• 影响因子: 1.9
• 作者: Yamamoto Toshihiro;Shen Xiuzhong;Sakamoto Hiroki
• 通讯作者: Sakamoto Hiroki

Channel size effect on drift-flux parameters for adiabatic and boiling two-phase flows

• DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.122410
• 发表时间: 2022
• 期刊: International Journal of Heat and Mass Transfer
• 影响因子: 5.2
• 作者: T. Hibiki;Peng Ju;S. Rassame;Shuichiro Miwa;Xiuzhong Shen;Tetsuhiro Ozaki

Interfacial area concentration in gas-liquid metal two-phase flow

• DOI: 10.1007/s42757-021-0110-x
• 发表时间: 2021-08
• 期刊: Experimental and Computational Multiphase Flow
• 作者: Xiuzhong Shen;Toshihiro Yamamoto;Xu Han;T. Hibiki