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次世代原子力システムの1つである高温ガス炉の1次冷却系配管破断事故時の第1段階において、圧力容器と固定反射体との環状流路部で発生する局所的な自然対流は、第1段階の持続時間を決定する重要なファクターの1つである。しかし、2成分気体を用いた二重拡散対流の研究はその難しさからあまり行われていない。
 そこで、本研究では片面を加熱、もう一方を冷却した鉛直平板により鉛直流体層を構成し、上部空間には軽い成分気体が、下部空間には重い成分気体を充填した場合について、重い気体がどのような過程を経て上部空間に運ばれるかを調べることが目的である。下記写真の実験装置を作成し、その装置を用いてHe,Ar,Ne,N2の4種類の気体について組み合わせを変えながら実験を行う。その実験結果を元に、数値解析の結果との比較検討を行っている。
 
 
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 高温に加熱された容器を周囲から冷却する際に、一般的な冷却方法として、強制対流や水の沸騰熱伝達を採用することが多い。しかしながら、原子炉を格納する圧力容器の冷却などの原子力設備を冷却する場合には、受動的かつ安全な方法で冷却することが望まれる。このため、受動的な冷却方法として気体の密度差に起因して発生する自然対流の利用を検討している。
 一般に自然対流は沸騰や単層流の自然対流に比べて冷却能力が劣ることが知られている。そこで伝熱促進の手段として、高温の壁面近傍に高空隙率の多孔性材料層を設置した。この方法は自然対流の乱れを促進すること、及び放射熱伝達の利用を促進することなどから、伝熱促進の可能性があると考えられる。
 本研究では多孔性材料が伝熱特性に与える影響を評価するために2つのアプローチを行っている。
  1. 鉛直矩形流路の片面を加熱し、流路内を自然対流によって冷却する。流路内に銅細線を挿入した場合の変化を、壁面と流路内気体の温度変動から考察する。
  2. Phoenicsを用いて数値解析を行い、主に圧力損失の観点から、多孔性材料が自然対流に与える影響を調査する。

 
 
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