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プログラムによる数値解析

内堀 昭寛 ; 渡部 晃*; 大島 宏之

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

高速実用炉蒸気発生器の伝熱管破損時安全評価に資することを目的として、圧縮性混相流・ナトリウム-水反応現象解析コードSERAPHIMを開発している。本研究では、その一環として、化学反応を伴わない場合として水中空気噴出実験、並びに、化学反応を伴う場合としてNa-NaCl混合液中塩素ガス噴出実験のそれぞれ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、水平方向の噴流到達距離について解析・実験両者の結果がよく一致することを確認した。Na-NaCl混合液中塩素ガス噴出実験の解析では、化学反応に伴い噴流がある高さで消滅する現象を再現し、その消滅高さについても実験結果とよく一致することを確認した。以上の検証により、著者らが提案する圧縮性多成分多相流モデル及びその解法,構成式,化学反応モデルの妥当性を示した。

A computer program called SERAPHIM has been developed to calculate the multicomponent multiphase flow involving the sodium-water chemical reaction under the tube failure accident in a steam generator of sodium-cooled commercial fast reactors. In this study, numerical analysis of supersonic gas jets into liquid pools with or without chemical reaction was performed to validate the numerical methods. The visualization experiment on the horizontal supersonic air jet into the water was analyzed. The behavior of the jet and the horizontal penetration length were reproduced very well. As validation for a reaction problem, the experiment on the vertical supersonic chlorine jet into the Na-NaCl mixture was analyzed. The numerical result showed that the injected gas disappeared at a certain height. The estimated plume length showed good agreement with the experimental data. The numerical methods were found to be applicable.