垂直円管内強制対流サブクール沸騰の検証解析#
概要#
垂直円管内強制対流サブクール沸騰解析について、Deghalらの文献[1]に記載されているBartolemeiらのボイド率分布の実験結果と比較した結果をご紹介します。
参考文献
[1]A.L.Deghal,A.Chaker:"Numerical Study of Subcooled Boiling In Vertical Tubes Using Relap5/Mod3.2",J.Electron Devices,7(2010)p240–245.
解析条件#
図１に解析モデルを示します。2次元軸対称モデルで解析を行います。入口のサブクール度は22.6℃で、壁面全体から3.8×105 W/m2の入熱を与えて定常解析を行います。
図１ 解析モデル
| 解析条件 | 設定値 |
|---|---|
| 円管の直径 | 24 mm |
| 円管の長さ | 2,000 mm |
| 液相 | 水 |
| 気相 | 水蒸気 |
| 出口圧力 | 1.5 MPa |
| 飽和温度 | 200 ℃ |
| 入口速度 | 1.03 m/s |
| 入口温度 | 177.4 ℃ |
| 入口のサブクール度 | 22.6 ℃ |
| 壁面からの入熱 | 3.8×105 W/m2 |
| 乱流モデル | k-εモデル |
| 次元 | 2 |
| 半径方向の格子数 | 5（等分割） |
| 軸方向の格子数 | 400（等分割） |
解析結果#
図２に断面平均ボイド率の高さ方向分布の計算値と実験値の比較、バルク平均温度の高さ方向分布と飽和温度、サブクール沸騰が始まる高さ付近のボイド率分布の計算結果を示します。断面平均ボイド率の高さ方向分布の計算値は実験値と良く一致しています。
図２ 解析結果
本解析でわかったこと#
垂直円管内強制対流サブクール沸騰解析において、断面平均ボイド率を妥当に計算できることが確認できました。1次元解析では構成方程式でしかわからないことが、3次元解析ではサブクール沸騰領域の推定が直接できることが良い点として挙げられます。
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