乾式リサイクルシステム解析コードの開発

Development of system analysis code for pyrochemical process using molten salt electrorifining

戸澤 克弘; 松本 俊一; 掛樋 勲

Tozawa, Katsuhiro; not registered; Kakehi, Isao

本研究は、従来のPurex再処理法と異なるシステム概念の乾式リサイクルシステム(乾式再処理)について、主要機器であるカソードプロセッサ(蒸留器)の蒸留挙動を模擬し、処理時間及び物質収支などを把握するための蒸留解析コード及び、プロセスセルの冷却挙動解析をパーソナルコンピュータ上で実施できるように解析モデルを作成したものである。これらは、乾式リサイクルシステム構築、評価のためのシステム解析ツール(設計ツール)開発の一環として行ったものである。カソードプロセッサ蒸留解析コードの作成にあたっては、検証計算としてベンチマークデータが公開されている2次元キャビティ内の自然対流問題のベンチマーク解と本解析コードでのパーソナルコンピュータ上での計算結果を比較した結果、よく一致することを確認した。次に、本解析コードの精度向上、作業効率向上を目的とした改良を行った上で、本解析コードを用いてカソードプロセッサを模擬した円筒状の密閉容器の体系にてCdの蒸留について蒸留解析を実施し、蒸留挙動がシミュレーションできることを確認した。乾式プロセスセルの冷却挙動解析モデルの作成に当たっては、ワークステーション上の詳細解析モデルとのベンチマーク解析からパーソナルコンピュータ上でも十分な精度でモデル化できることを確認した。定常解析によりセル内の流況と温度分布を確認した上で、非常時冷却過渡解析を行った結果、定常的にはヒートバランスがとれた条件であっても、初期の段階で過渡的な温度ピークが発生することがわかった。さらに過渡解析の最終的な定常値は非定常変動の部分的な循環流のでき方に左右され、現象自体の不安定さに影響される可能性があるため、セル空調系の設計にあたっては、冷却ガスのよどみ部に発熱に伴う循環流を起こさない設計とする必要があることがわかった。

This report describes accomplishment of development of a cathode processor calculation code to simulate the mass and heat transfer phenomena with the distillation process and development of an analytical model for cooling behavior of the pyrochemical process cell on personal computers. The pyrochemical process using molten salt electrorefining would introduce new technologies for new fuels of particle oxide, particle nitride and metallic fuels. The cathode processor calculation code with distillation process was developed. A code validation calculation has been conducted on the basis of the benchmark problem for natural convection in a square cavity. Results by using the present code agreed well for the velocity-temperature fields, the maximum velocity and its location with the benchmark solution published in a paper. The functions have been added to advance the reality in simulation and to increase the efficiency in utilization. The test run has been conducted using the code with the above modification for an axisymmetric enclosed vessel simulating a cathode processor, and the capability of the distillation process simulation with the code has been confirmed. An analytical model for cooling behavior of the pyrochemical process cell was developed. The analytical model was selected by comparing benchmark analysis with detailed analysis on engineering workstation. Flow and temperature distributions were confirmed by the result of steady state analysis. In the result of transient cooling analysis, an initial transient peak of temperature occurred at balanced heat condition in the steady-state analysis. Final gas temperature distribution was dependent on gas circulation flow in transient condition. Then there were different final gas temperature distributions on the basis of the result of steady-state analysis. This phenomenon has a potential for it's own metastable condition. Therefore it was necessary to design gas cooling flow pattern without ...