液液系噴流の三次元可視化手法の開発
原子炉の事故対策では、溶融した燃料の挙動を予測することが重要です。溶融燃料は、噴流状で落下する場合、壁面に衝突することで大きく広がるようになります。しかし、このような挙動を予め調べようとしても、これまでの方法では挙動の手前側しか観察できませんでした。泡風呂で水面の様子しか見えないのと同じ様に、界面（溶融燃料とその周りの境界面）で光が屈折することが大きな要因です。
本研究では、この問題を解決するため、液液系噴流を三次元可視化する手法を開発しました。溶融燃料とその周りを二つの液体（水溶液と油）で模擬した上で、インデックスマッチング法（二つの液体の屈折率を揃える手法）と3D-LIF法（液体を蛍光発光させて三次元可視化する手法）を組み合わせて可視化する新たな手法です。本手法を使うことで噴流の三次元界面形状のデータを取得して詳細に観察できるようになり、噴流が壁面上で薄く広がり一部が液滴になる挙動を明らかにしました。さらに、TPFITを用いた数値解析の結果と比較することで、数値解析でこの壁面衝突噴流を概ね再現できることを確認しました。以上により、三次元界面形状データを実験で取得する技術基盤を構築しました。
本成果は、筑波大学との研究協力によるものです。
三次元可視化した噴流とその断面（実験）（Yamamura, et al., 2022）
参考：Fumihito Kimura, Sota Yamamura, Kota Fujiwara, Hiroyuki Yoshida, Shimpei Saito, Akiko Kaneko, & Yutaka Abe (2022) Time-resolved 3D visualization of liquid jet breakup and impingement behavior in a shallow liquid pool, Nuclear Engineering and Design 389, 111660 Sota Yamamura, Kota Fujiwara, Kota Honda, Hiroyuki Yoshida, Naoki Horiguchi, Akiko Kaneko, & Yutaka Abe (2022) Experimental study of liquid spreading and atomization due to jet impingement in liquid–liquid systems, Physics of Fluids 34, 082110. Naoki Horiguchi, Hiroyuki Yoshida, Akiko Kaneno & Yutaka Abe (2023) Atomization mechanisms of a wall-impinging jet in a shallow pool, Physics of Fluids 35, 073309