粒子法を用いた相変化・化学反応を伴う流動解析・評価作業

Analysis of the flow with phase change and chemical reaction with the paticle interaction method (Report under the contract between JNC and toshiba Corporation)

白川 典幸*; 堀江 英樹*; 山本 雄一*

Shirakawa, Noriyuki*; not registered; not registered

伝熱流動数値実験によって、化学反応を伴う伝熱流動が高速炉を構成する機器に及ぼす影響を評価するには、反応の発生箇所近傍だけでなく機器全体を解析対象とする必要がある。そのため、計算負荷の観点から微視的な解析手法を直接用いることができない。このため、使用する熱流動解析コードには、化学反応によって生じる多相・多成分の反応性流体の挙動をモデル化し、相関式として組み込まなければならない。反応性流体の挙動の内、相変化量・化学反応量は、反応の生じている界面の面積に依存しており、この面積は界面の形状により大きく変化する。しかしナトリウムー水反応における界面挙動に関し、まとまった知見は現在のところ得られていない。本件は、微視的・直接的な解析手法である粒子法を用いて、多相・多成分・反応性流体の挙動に対する機構論的解析手法を開発し、流動様式・界面濃度に関する知見を得ることを目的とする。本年度は、次の作業を実施した。1)界面面積評価モデルの開発とプログラミング、2)相変化評価モデルの開発とプログラミング、3)機能確認解析と評価、および4)実験調査。

The numerical thermohydraulic analysis of a LMFR component should involve its whole boundary in order to evaluate the effect of chemical reaction within it. Therefore, it becomes difficult mainly due to computing time to adopt microscopic approach for the chemical reaction directly. Thus, the thermohydraulic code is required to model the chemically reactive fluid dynamics with constitutive correlations. The reaction rate depends on the binary contact areas between components such as continuous liquids, droplets, solid particles, and bubbles. The contact areas change sharply according to the interface state between components. Since no experiments to study the jet flow with sodium-water chemical reaction have been done, the goal of this study is to obtain the knowledge of flow regimes and contact areas by analyzing the fluid dynamics of multi-pahse and reactive components mechanistically with the particle interaction method. In this fiscal year, following works were performed: (1)Development and coding of the interfacial area model, (2)Development and coding of the phase change model, (3)Verification of the fundamental functions of the models, and (4)Literature investigation of the related experiments.