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Na-水反応における界面積濃度モデルの構築

Construction of interfacial area concentration model for sodium-water reaction

吉川 龍志  ; 大島 宏之; 浜田 広次  ; 栗原 成計 ; 内堀 昭寛 

Yoshikawa, Ryuji; Ohshima, Hiroyuki; Hamada, Hirotsugu; Kurihara, Akikazu; Uchibori, Akihiro

ナトリウム-水反応の影響を解析的に評価するために、現在日本原子力研究開発機構では、開発した多成分・多相流解析コードSERAPHIMを用いてナトリウム-水反応現象の伝熱流動研究を行っている。ナトリウム-水反応現象の詳細を把握するためには、ナトリウムと水蒸気の混合過程や発生した気体のボイド率分布等、ガスジェットの挙動に関する知見を得る必要がある。特にナトリウム-水反応を正確に解析するために、水蒸気中にナトリウム液滴の界面積濃度モデルを確立する必要がある。この報告書では、ナトリウムと水蒸気の混合過程を対象としたガスジェットの挙動に関する理論的分析及び解析モデルを検討した。理論的分析では、既存のジェット流に対する臨界流量,減圧膨張過程及びエントレインメントの評価方法を検討した。17MPa、サブクール水条件下の圧縮性の影響の検討から、臨界流量公式の適用性を確認した。蒸気ジェットにエントレインされた液滴の微粒化に関する既存の理論及び実験成果に基づいて、多相流解析に適用するナトリウム液滴の界面積濃度輸送方程式を構築した。

In Japan Atomic Energy Agency, thermal hydraulic studies on sodium-water reaction are being performed with the multi-component and multi-phase code SERAPHIM. The interfacial area concentration of sodium droplets in the steam is important for the accurate analysis of sodium-water reaction. In this report, the theoretical analysis and numerical models for gas jets were reviewed to understand the mixing process of sodium and water. As for theoretical analysis, existing critical flow rate, depressurization and entrainment analysis for jet flows were summarized. The applicability of critical flow rate equations for subcooled water at 17MPa were confirmed after investigating its effect of compressibility. Based on the available knowledge on entrained droplet sizes in gas jets, a transport equation of sodium droplet interfacial area concentration was constructed for multiphase flow simulation.

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