ナトリウム・スプレー燃焼の解析

Sodium spray fire analysis

宮原 信哉  ; 三塚 哲正

not registered; Mitsutsuka, Norimasa

ナトリウムのスプレー状漏洩に伴う、室内の温度及び圧力変化の解析コード"SPRAY-3"の検証を目的として、21mの容器を用い、ナトリウム・スプレー燃焼試験を計画した。試験容器は、法規上の耐圧制限(1.9Kg/cmg)を受けるので、最高圧力の目安を得ることが必要であり、又、試験条件を選定することを目的として、予備計算を実施した。その結果、以下のことがわかった。(1) スプレーゾーンの液滴個数濃度を一定にした場合は、スプレー拡がり角が大きく、ナトリウム漏洩率が高い程、セル内の温度・圧力の上昇率が大きくなり、そのピーク値も高い。又、セル内温度・圧力はスプレー終了時にピーク値となり、その後は急激に低下する。酸素と水蒸気の濃度は、ナトリウムが燃焼するにつれて減少し、スプレー終了後は一定値になる。水素は、スプレー開始と共に除々に発生するが、雰囲気中に酸素が存在している間は再結合が考慮されているため水素濃度はきわめて低い所でほぼ一定となる。その発生率は、スプレー拡がり角が大きく、ナトリウム漏洩率が高い程、高くなる。(2) 初期酸素濃度が3v/oと21v/oの場合を比較すると、セル内温度・圧力ともに、後者は前者の約2倍のピーク値を示した。又、初期酸素濃度が高い場合の方が水蒸気の減少は少なく、水素の発生量も少ない。(3) ナトリウム漏洩率、又はスプレー拡がり角が大きい方が、セル内温度・圧力ともに高いピーク値を示すが、スプレー拡がり角が一定でナトリウム漏洩率が異なる場合と、ナトリウム漏洩率が一定でスプレー拡がり角が異なる場合を比較すると、その影響は前者の方が明らかに大きい。又、ナトリウム漏洩率は、セル内温度・圧力の上昇率に大きく影響している。

Sodium spray fire experiments using a 21 m vessel were perfomed in order to validate the computer code SPRAY-III which assesses temperature-pressure transients resulting from a sodium spray release in a vessel. Precalculations were conducted to predict the peak pressure versus the design value (1.9 kg/cmG) and to select experimental conditions. The following results were obtained: (1) When the number concentration of droplets in a spray zone was held constant, the rates of increase in pressure and temperature and their peak values became higher with wider spray cone angle and a higher sodium leakage rate. The gas pressure and temperature reached the peak values at the end of sodium injection and then decreased rapidly. The concentrations of oxygen and water vapor decreased during the sodium combustion and were constant after the termination of sodium injection. Hydrogen was generated slowly as the sodium was injected. But its concentration reached a low constant value thereafter since SPRAY accounts for oxygen-hydrogen reactions. The rate of hydrogen generation increased with the spray cone angle and the sodium leakage rate. (2)In the case of a 21 v/o initial oxygen content, the peak pressure and temperature were about twice higher than those in the 3 v/o case. A higher initial oxygen concentration predicts lower water vapor consumption and hydrogen generation. (3)The peak pressure and temperature increased with the sodium leakage rate or the spray cone angle. Comparing of the calculational results between cases of (a) varying the sodium leakage rate under a constant spray cone angle and (b) varying the spray cone angle under a constant sodium leakage rate, it was found that the peak pressure and temperature were more sensitive to the former than the latter. In particular the sodium leakage rate affected the rates of increase in pressure and temperature. (4)The peak pressure and temperature and the amount of generated hydrogen increased with the ...