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Numerical analysis of supersonic gas jets into liquid pools with or without chemical reaction using the SERAPHIM program

化学反応を伴う場合又は伴わない場合の液体中気体噴流に対するSERAPHIMプログラムを用いた数値解析

内堀 昭寛 ; 大島 宏之; 渡部 晃*

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

高速炉蒸気発生器における伝熱管破損伝播発生可能性の評価を目的として、ナトリウム-水反応・圧縮性多成分多相流解析コードSERAPHIMを開発している。開発の一環として、伝熱管破損時と同様に高圧気体が液体中へ噴出する現象や、高圧気体噴出後に気液間で化学反応が生じる現象に対して再現性を検証することが重要な課題となっている。そこで本件では、水中空気噴出実験並びにNa-NaCl混合液中塩素ガス噴出実験(化学反応を伴う場合)を対象に検証解析を実施した。水中空気噴出実験の解析では水平方向に噴出した噴流の挙動や水平方向到達距離、Na-NaCl混合液中塩素ガス噴出実験の解析では鉛直上向きに噴出した噴流が化学反応によって消滅する位置を正しく予測することができ、多流体モデルを用いた解析手法や化学反応モデル等、提案する数値解析手法が妥当であることを明らかにした。

To evaluate the behavior of the reaction jet and its effect on the adjacent tubes under the tube failure accident in a steam generator of sodium cooled fast reactors, a computer program called SERAPHIM for the compressible multiphase flow involving sodium-water chemical reaction has been developed. In this study, numerical analysis of supersonic gas jets into liquid pools with or without a chemical reaction was performed as a part of validation of the SERAPHIM program. In the analysis of the horizontal air jet into the water pool, the behavior of the jet was reproduced very well. The vertical injection of the chlorine jet into the mixture of the sodium and the sodium chloride was also analyzed. The numerical results showed that the injected gas disappeared at a certain height by the chemical reaction. The calculated penetration length agreed with the experimental data.

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