Numerical analysis on deflagration-to-detonation transition of a hydrogen-oxygen mixture in a smooth tube

平滑円管内における水素-酸素混合気の爆燃から爆ごうへの遷移に関する数値解析

稲葉 良知  ; Kotchourko, A.*; Breitung, W.*

Inaba, Yoshitomo; Kotchourko, A.*; Breitung, W.*

Forschungszentrum KarlsruheのFlow and Combustion Engineering Divisionでは、日本とドイツのBWRで起きた放射線分解ガスの爆発事故を契機として、ステンレススチール製平滑円管内における水素の爆発実験を行った。この実験では、化学量論比濃度の水素-酸素混合気が用いられた。初期圧力をパラメータとして、管内の圧力や管の歪みが測定され、爆ごう時の構造応答や平滑管における爆燃から爆ごうへの遷移(DDT)過程が調べられた。本報告書では、この実験の1つを模擬した数値解析について述べた。数値解析には、Flow and Combustion Engineering Divisionで開発された乱流燃焼解析コードCOM3Dを用いた。COM3Dの燃焼モデルは、実験データに基づいた燃焼率の相関式を用いており、実験を正確に模擬するためには、この燃焼率の修正が必要である。著者らは、燃焼率が指数関数状に増加すると仮定して、計算を行った。その結果、計算においてもDDTを再現することができた。

The Flow and Combustion Engineering Division at the Forschungszentrum Karlsruhe carried out the explosion experiments of hydrogen-oxygen mixtures in a smooth tube made of stainless steel after two radiolysis gas explosion accidents occurred in Japanese and German BWRs. In these experiments, stoichiometric hydrogen-oxygen mixtures with different initial pressures were used. The pressure in the tube and the strain of the tube were measured, and then the structural response during the detonation and the Deflagration-to-Detonation Transition (DDT) process were investigated. In the present study, a numerical analysis was performed to simulate one of the experiments by the use of the 3-dimensional turbulent combustion analysis code COM3D, which has been developed in FZK, and a DDT process was calculated. The COM3D code contains a reaction rate constant, which must be obtained empirically from experimental results. In the present calculation, the reaction rate constant was assumed to be an exponential function. As a result, it was found that the COM3D code can simulate the DDT process.