気泡追跡法に基づく加熱管内沸騰二相流解析技術の開発

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各種工業装置の設計・開発における経済性・安全性・信頼性向上には、加熱管内気液二相流の熱流動現象を予測できる解析技術が必要不可欠である。このような加熱管内流では気液界面の幾何形状が時間的・空間的に複雑に変化するため、流動様式遷移を含めた流れ場の時空間発展の予測が重要である。平成17年度には、加熱管内気液二相流動場の流動様式遷移及び各物理量の時空間発展を短時間で予測できる数値解析技術を開発するため、非加熱管内流を対象に開発されたOne-Way気泡追跡法にエネルギー保存式を導入し、加熱管内沸騰二相流を解析できるように拡張した。平成18年度には、製作した可視化加熱実験用テスト部を用いて、構築した手法の検証用データを取得した。試験体は透明円管に金属薄膜(ITO塗膜)を付着させたものであり、沸騰二相流を可視化することができる。本試験体を既設の水循環ループに接続し、サブクール水温とヒータ出力を変化させて形成した様々な流動状態の沸騰二相流を、高速度カメラを用いて撮影した。これらの検証用データを解析結果と比較し、開発した解析手法の検証を行った結果、本手法が水-蒸気沸騰二相流においてサブクール沸騰を含む気泡流からスラグ流への流動様式遷移を予測できることを確認した。また、既存のフレオンを用いた無重力環境下での沸騰流実験に適用した結果、流体物性や重力が異なる場合においても、形成される気泡の大きさや形状の違いが予測できており、本手法が流体物性や重力の影響も評価できることを確認した。