報告書番号

L06008

タイトル（和文）

液滴衝撃エロージョンに関わる流動特性の解明(その1)－蒸気実験による液滴径の計測－

タイトル（英文）

Investigation of Flow Characteristics Affecting on Liquid Droplet Impingement Erosion (Part 1) - Measurement of Droplet Diameter by Steam Experiment -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

原子力・火力プラントの運用・管理において，系統配管の減肉現象は重要な問題となっている．
配管減肉現象の内の液滴衝撃エロージョンは，
蒸気系配管内の高速な液滴が配管に衝突する事で発生する減肉現象であり，
大規模な配管破断を生じないものの，局所的な減肉を生じるために減肉量の正確な把握が難しい．
そのため，液滴衝撃エロージョンの発生箇所の適切な予測手法の構築が求められている．
液滴衝撃エロージョンは材料の影響が若干あるものの，
液滴の速度や大きさ(液滴径)などの流体因子が支配的な現象であるため，
局所における流れ場を詳細に知る事で発生箇所の予測をする事が出来る可能性がある．

液滴衝撃エロージョンの予測を行う上で重要である流体の状態量の内，
定量的な把握が困難な液滴径を蒸気試験から取得し，
数値計算で得られる局所の圧力や温度などの状態量との相関を構築する事を目的とした．

まず，蒸気試験で得られた圧力と数値計算との結果を比較したところ，
定量的に良い一致が見られたため，
数値計算は実験を再現出来ていると考え，
液滴径との相関を見る流体の状態量を計算結果から与える事とした．

次に，液滴径の分布状況を実験により調べたところ，
液滴径の分布は指数分布の一般形であるガンマ分布によって近似可能である事が分かった．

また，従来の実験式に用いられていた液滴表面での表面張力や剪断力の他に，
エネルギの損失を考慮して組み合わせた状態量と液滴径との相関を見たところ，
一定の相関が得られた．

概要 （英文）

Liquid droplet impingement erosion (LDI) is defined as an erosion phenomenon caused by high-speed droplet attack in a steam flow. In a power plant, pipe wall thinning by LDI is observed steam piping system. Because LDI usually occur very locally and is difficult to detect, a prediction of LDI location is required for the safety of the plant system.
Because LDI is almost dominated by fluid factor like droplet velocity and diameter, there is a possibility to predict the location of wall thinning by LDI if local flow condition is clarified. Though the local flow condition can be obtained by calculation, droplet diameter is difficult to clarify from calculation. So, in this study, we conducted steam experiment to measure and clarify the droplet diameter by PDPA, and tried to clarify the characteristics of the droplet and the correlation between droplet diameter and state quantities of the flow.
We found that a distribution of the droplet diameter could be approximated by gamma distribution that is a general form of an exponential distribution. For the correlation between the diameter and the state quantities, we considered the heat transfer in addition to a surface tention and a shear force, and checked the correlation between the quantity and droplet diameter. As a result, we observed good correlation between them and suggested approximate equation.

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