Preliminary combustion analyses using OpenFOAM

OpenFOAMを用いた予備燃焼解析

Thwe Thwe, A.  ; 寺田 敦彦  ; 日野 竜太郎

Thwe Thwe, A.; Terada, Atsuhiko; Hino, Ryutaro

原子力発電所に関連するシビアインシデントや製造工程のリスク以外に、原子力廃棄物のリスクも社会を脅かす可能性がある。低レベル及び高レベルの放射性廃棄物を含む核廃棄物の長期保管下では、金属廃棄物の腐食や容器壁自体の腐食及び廃棄物中の水の放射線分解により水素が自発的に発生する。そこで、水素安全及び環境汚染のリスク低減のために、放射性廃棄物容器における水素燃焼爆発の挙動と特性を調べることとした。本報告書では、OpenFOAMを適用し、簡易コンテナー内におけるメタン燃焼の温度, 速度と二酸化炭素分布を調べる数値解析シミュレーションを行った。燃焼シ解析では、LESフレームを備えているFireFoamソルバーを使用した。結果として、容器の高さ及び流入口のサイズが大きくなるとともに平均温度が上昇することが分かった。一方、FireFoamソルバーで行ったメタン、水素及びヘリウムの拡散挙動シミュレーションから、メタンや水素よりもヘリウムのほうが速く拡散することが明らかにした。XiFoamソルバーを利用することにより、化学量論的条件下で立方体燃焼容器における水素空気予混合火炎の火炎伝播半径が得られた。

Under long-term storage of nuclear wastes including low- and high-level wastes, hydrogen can be spontaneously generated from corrosion of metal wastes and container wall itself, and from radiolysis of water in the waste. For the sake of hydrogen safety and the risk reduction of environmental contamination, we have started to investigate the behavior and characteristics of hydrogen combustion and explosion in waste vessel. In this report, we performed numerical simulation to investigate the characteristics of methane combustion by applying OpenFOAM. For combustion scenario, FireFoam solver with LES frame was used. As the results, the average temperature increased when the container height and inlet size increased. The simulation of gas diffusion by FireFoam results showed that helium diffused faster than hydrogen and methane. By XiFoame solver, the simulation was performed to obtain flame propagation radius for hydrogen-air premixed flame.