模擬粒子を用いた振動充填燃料の充填挙動評価(研究報告)

Study of vibration packing characteristics with simulated fuel particles

重留 義明; 鈴木 政浩 ; 宮本 寛; 古村 誠太郎*; 遠藤 秀男

Shigetome, Yoshiaki; not registered; not registered; not registered; Endo, Hideo

振動充填燃料の充填挙動に影響するファクターを明確にするため、各種コールド試験及びミクロな粒子挙動の解明を試みるためシミュレーションを実施した。球状粒子の充填挙動について幾何学的ファクターと動的ファクターに分けて影響評価を行い、幾何学的ファクターについては充填密度がAyerにより導かれた被覆管及び粒子の径の関数で表される式により一意に定まるものであることを確認した。速度ファクターについては、変位をできるだけ小さくした場合に充填が速やかに進行し、また充填後に偏析が発生しづらいことがわかった。塊状粒子についても同様な検討を行った。その結果、塊状粒子の場合は細粒の比率を高めるという、球状粒子とは異なる比率の方が充填率は高くなった。また速度ファクターについては周波数掃引を行うことにより充填効率を高めることができ、80%の充填率を達成することができた。また解析コードにより粒子の充填状態及び偏析の挙動評価を行った。

This report presents the results of vibration packing experiments and computational simulations of particle compaction behavior. Both sphere and shard particles were evaluated in these works. Experiments with simulated fuel palticles were conducted to investigate the factors affecting packing behavior. The factors are classified into geometrical and dynamics factors. With regard to the geometrical factors for sphere packing, the experimental results prove that the achievablc packing fraction can be predicted by the equation derived by Ayer, which is relationship of inner diameter of cladding and diameters of particles. As for the dynamics factors, less vibration displacement is preferable, because it produccs faster packing with less segregation. Similar experiments were conducted for the shard particles. The results indicate the packing characteristics of the shard particles are different from the sphere particles. Optimum weight ratio between particle sizes is different from the ratio given by Ayer's equation. As for the dynamics factors, the sweeping frequencies while packing were sufficient to obtain high packing fraction. Computational simulations were performed to investigate the particle behavior while packing. The movement of infiltrating and bed particles while packing was well understood.