高温ラプチャ基礎試験

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吉江 伸二*; 岩崎 守弘*; 前川 勇*

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FBR蒸気発生器(SG)内で、万が一、ナトリウム-水反応事故により伝熱管が局所的に高温化すると、強度が急速に低下し破損するいわゆる「高温ラプチャ」が起こる可能性がある。そこでナトリウム-水反応時のリークジェットを火薬トーチにて模擬し、伝熱管内の蒸気流動条件をパラメトリックに変化させた試験を行うことで、高温ラプチャ挙動を把握し、以下の基礎的なデータを取得した。試験は、予備試験と本試験から成り、それぞれ以下の知見を得た。1.予備試験火薬トーチ燃焼確認のため、静特性試験を実施し、本試験における燃焼条件(ロケットチャンバー内圧約6kg/cm2・g、火炎持続時間約10sec)を設定した。2.本試験2.1 熱流束を算定するための中実棒を用いた試験伝熱管内面の温度履歴を計測しない他の試験の参考とすることを目的とし、管肉厚を貫流する熱量計算から、管外熱伝達率算定の基礎となるデータを得た。2.2 伝熱管内部流体としてN2ガスを封入した試験試験体外表面の温度は、最大650度で、火炎側とは180度反対の試験体外表面の温度は、500度であり周方向に150度の温度差を約20sec継続した。試験体は、破損しなかった。2.3 伝熱管内部流体として飽和蒸気を封入した試験試験体は、火炎温度立ち上がり後、約6.5secで台破損(ギロチン破断および大変形メクレ)した。火炎最大温度1200度、試験体外表面温度は、平均約1150度であった。2.4 伝熱管内部流体として飽和蒸気を流し、管内を冷却した試験直径約2mmの開口が生じた。2.3項に述べた試験の破損状況と比較して、伝熱管内の蒸気流による冷却効果が破損に与える影響は、顕著であることが確認できる貴重なデータを取得できた。以上の試験に基づき、実験により取得した試験体外表面を再現するような管外熱伝達率(oを汎用伝熱解析コードTRUMPを用いて解析し推定した結果、10005000kcal/m2hKであった。ナトリウム-水反応時のリークジェットの場合と比較してやや低めと予測されるものの同一オーダーであり、火薬トーチによる模擬性は、成立することが今回の実験で確認された。今後は、試験体内外面の1200度近傍の時間履歴を精度良く計測する必要のあることがわかった。

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