粒子法によるNa-水反応流動評価作業

Analysis of the flow with sodium-water chemical reaction by the particle interaction method

白川 典幸*; 堀江 英樹*; 山本 雄一*

Shirakawa, Noriyuki*; Horie, Hideki*; Yamamoto, Yuichi*

ナトリウム(以下Na)-水反応に代表される事故事象が高速炉を構成する機器に及ぼす影響を伝熱流動に基づく数値実験により評価するためには、Na-水反応の発生箇所のみならず、反応を生じている機器全体を解析対象とする必要がある。そのためには、相変化・化学反応を伴う多相・多成分の反応性流体の挙動を適切にモデル化し、数値解析コードに組み込む必要がある。 反応性流体における相変化量・化学反応量は、反応を生じる界面の面積に依存しており、その面積は界面の形状により大きく変化する。しかしNa-水反応における界面挙動に関する実験的な知見は、これまでのところ得られていない。本件は、微視的・直接的な流動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・界面濃度に関する解析評価手法を開発することを目的としている。 本件では、次に示す作業を実施した。1) 流動解析コードへの結合形態の検討2) 界面面積の相関性評価式の導出3) 界面面積の漏洩条件依存性評価4) スラグ流における界面面積の検討

To evaluate the effect of accidents induced by sodium-water chemical reaction on a LMFR component, the numerical thermo-hydraulic analysis should involve the whole boundary of the component. Therefore, the thermo-hydraulic code is required to model the chemically reactive fluids dynamics with constitutive correlations.Both thermal and chemical reaction rate largely 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 experiment to investigate the jet flow with sodium-water chemical reaction has been done, the purpose of this study is to develop the evaluation method for flow regimes and contact areas by analyzing the fluid dynamics of multi-phase and reactive components mechanistically with the particle interaction method. In this fiscal year, following works were performed:(1) investigation to link the mesoscopic information of contact areas obtained by the particle interaction method with the macroscopic fluid dynamics code, (2) development of the correlation of contact areas, (3) investigation of the effect of the water-leak conditions on contact areas, and (4) analysis of contact areas for a slug flow.