ナトリウム-水反応及び圧縮性混相流数値解析コードSERAPHIMの高度化; 高度不足膨張噴流に対する解析手法の適用性検証

Advancement of compressible multiphase flows and sodium-water reaction analysis program SERAPHIM; Validation of a numerical method for the simulation of highly underexpanded jets

内堀 昭寛 ; 渡部 晃*; 大島 宏之

Uchibori, Akihiro; Watanabe, Akira*; Ohshima, Hiroyuki

ナトリウム冷却高速炉の蒸気発生器安全評価において、伝熱管の貫通破損孔から水又は水蒸気が噴出した場合に形成される反応ジェットの挙動を予測することが重要な課題となっている。そこで現在、圧縮性混相流及びナトリウム-水反応現象を対象とした数値解析コードSERAPHIMの開発を進めている。本研究では、開発の一環として、空気中あるいは水中への高圧空気噴出現象(不足膨張噴流)を対象に検証解析を実施した。空気中空気噴出の場合、実験データとの比較から、噴流の膨張挙動,衝撃波の形成,圧力分布,マッハディスクの形成位置を正しく再現できることを確認した。水中空気噴出の場合についても、噴流が減速した後浮力によって上昇する現象が再現され、おおむね妥当な結果が得られることを確認した。

SERAPHIM is a computer program for the simulation of the compressible multiphase flow involving the sodium-water chemical reaction under a tube failure accident in a steam generator of sodium cooled fast reactors. In this study, the numerical analysis of the highly underexpanded air jets into the air or into the water was performed as a part of validation of the SERAPHIM program. In the case of the air jet into the air, the calculated pressure, the shape of the jet and the location of a Mach disk agreed with the existing experimental results. The behavior of the air jet into the water was also reproduced successfully by the proposed numerical method.