Measurement of fragments of a wall-impinging liquid jet in a shallow pool

浅水プール中の壁面衝突噴流における微粒化物の計測

堀口 直樹   ; 吉田 啓之  ; 金子 暁子*; 阿部 豊*

Horiguchi, Naoki; Yoshida, Hiroyuki; Kaneko, Akiko*; Abe, Yutaka*

シビアアクシデント時の軽水炉の安全性評価において、プール中を落下しブレイクアップする溶融燃料ジェットから発生する微粒化物の物理量の推定が重要である。このため、燃料と冷却材間の相互作用(FCI)に含まれる流体力学的相互作用を伴う液体ジェットとしての挙動の評価手法が開発されている。炉外で想定される浅いプールの場合、溶融燃料は液状の壁面衝突噴流として振る舞い、微粒化物を伴うあるいは伴わない液膜流として拡がることが想定される。我々の研究では、流体力学的相互作用と過渡的かつ三次元的に床面を拡がる点に着目し、詳細二相流解析コードTPFITを用いた数値シミュレーションによる評価手法と、この妥当性確認のために液液系において3D-LIF法を用いた実験手法を開発している。過去の研究で、微粒化を伴う壁面衝突噴流が特徴的な構造を過渡的に有することを観察しており、その各部に依存した微粒化物の物理量の変化、ひいては安全評価への影響が考えられることから、各部におけるこの物理量の計測が重要と考える。本報は、数値シミュレーションの妥当性確認に資するべく実施した、浅水プール中の壁面衝突噴流における微粒化物の物理量の計測について説明する。3D-LIF法による実験を行い、分散相追跡法によって液膜流上の微粒化位置に基づいて実験データを各部に区分した。この区分したデータから微粒化物の径および総量を計測し、これらの変化傾向を検討した結果について述べる。

For safety evaluation of nuclear reactors in severe accidents, it is important to estimate physical quantities of fragments generated from the molten fuel jet, which falls in a pool and breaks up. The evaluation method has been developed for the behavior as liquid jet with hydrodynamic interaction including fuel coolant interaction (FCI). In case of a shallow pool assumed in ex-vessel, the molten fuel jet is assumed to behave as wall-impinging liquid jet and to form liquid film flow spreading on the floor with/without fragmentation. In our research, focusing on hydrodynamic interaction and the transient 3-dimensional spreading on the floor, we have developed the evaluation method by numerical simulation using the two-phase flow simulation code with interface tracking method (TPFIT) developed by JAEA and, the experimental method using the 3D-LIF method in liquid-liquid system for the validation data. In our previous studies, we investigated the wall-impinging liquid jet behavior with fragmentation and observed that the liquid film flow had some characteristic parts transiently. Since it indicates that the quantities change depending on the parts and affect the safety evaluation, it is important to measure the quantities of the fragments generated from each part. This paper explains the measurement of the physical quantities of the fragments generated from each part of the wall-impinging liquid jet in a shallow pool for the validation of the numerical simulation. We conducted an experiment with the 3D-LIF method and segmented the experimental data based on the fragmentation point over the liquid film flow using the dispersed phase tracking method, developed by JAEA. Then, we measured the diameter and amount of the fragments from the segmented experimental data and investigated their changing trend.