Experimental investigation and modeling of two-phase flow behavior with aerosol particles during pool scrubbing

エアロゾル物質輸送現象を解明するために，固気液三相流の数値流体解析コードを開発した．開発したモデルのうち，界面におけるエアロゾルの取り扱いを評価するために3種類の界面モデルを提案し，FY2019に実施した単一気泡のDF実験結果との比較を通じて，気泡内部の情報のみを用いてエアロゾルの移流を計算するモデルが実験結果を最も良く再現することを示した．本モデルを用いることで，プールスクラビングで支配的とされる1 mm - 12 mmの気泡について10条件で数値解析を実施し，気泡径が物質輸送係数に与える影響を評価した．気泡界面における内部流動場および局所物質輸送係数の比較を通じて，気泡内外における流動の不連続性，および界面揺動により，単一気泡でエアロゾル輸送の促進や抑制が行われるメカニズムを解明した．以上の解析結果を踏まえ，単一気泡のエアロゾル輸送効果を気泡流全体で積分するプールスクラビングコードを開発し，実験から得られた除染係数と一致するかについての評価を実施した．その前段階として，気泡流条件において気泡径分布をモデル化し，除染係数のレファレンスデータを取得した．続いて，気泡内の流動場の遷移をモデルに反映するためにEo数とStk数を用いて物質輸送係数を定式化し，各気泡径に対するエアロゾル輸送を考慮できるモデルを開発した．開発したモデルと実験結果が一致したことで，既存のSA解析コードで使用される物理モデルが除染係数を過小評価している原因を，気泡からの物質輸送の過小評価として説明できることを示した．一連の実験や解析を通じて，単一気泡におけるエアロゾル輸送現象を明らかにし，その影響をプールスクラビングのエアロゾル輸送モデルに組み込むことで，気泡流における除染係数の実験を良好に再現するモデルを開発することに成功した．

エアロゾル物質輸送現象を解明するために，固気液三相流の数値流体解析コードを開発した．開発したモデルのうち，界面におけるエアロゾルの取り扱いを評価するために3種類の界面モデルを提案し，FY2019に実施した単一気泡のDF実験結果との比較を通じて，気泡内部の情報のみを用いてエアロゾルの移流を計算するモデルが実験結果を最も良く再現することを示した．本モデルを用いることで，プールスクラビングで支配的とされる1 mm - 12 mmの気泡について10条件で数値解析を実施し，気泡径が物質輸送係数に与える影響を評価した．気泡界面における内部流動場および局所物質輸送係数の比較を通じて，気泡内外における流動の不連続性，および界面揺動により，単一気泡でエアロゾル輸送の促進や抑制が行われるメカニズムを解明した．以上の解析結果を踏まえ，単一気泡のエアロゾル輸送効果を気泡流全体で積分するプールスクラビングコードを開発し，実験から得られた除染係数と一致するかについての評価を実施した．その前段階として，気泡流条件において気泡径分布をモデル化し，除染係数のレファレンスデータを取得した．続いて，気泡内の流動場の遷移をモデルに反映するためにEo数とStk数を用いて物質輸送係数を定式化し，各気泡径に対するエアロゾル輸送を考慮できるモデルを開発した．開発したモデルと実験結果が一致したことで，既存のSA解析コードで使用される物理モデルが除染係数を過小評価している原因を，気泡からの物質輸送の過小評価として説明できることを示した．一連の実験や解析を通じて，単一気泡におけるエアロゾル輸送現象を明らかにし，その影響をプールスクラビングのエアロゾル輸送モデルに組み込むことで，気泡流における除染係数の実験を良好に再現するモデルを開発することに成功した．