密閉容器中の水蒸気、ヘリウム混合ガスの拡散挙動に関する数値解析

Numerical simulation on leaking water vapor and helium mixture gas dispersion in a closed vessel

寺田 敦彦  ; Thwe Thwe, A.  ; 永石 隆二 

Terada, Atsuhiko; Thwe Thwe, A.; Nagaishi, Ryuji

含水放射性廃棄物の長期保管にあたっては、水の放射線分解で発生する水素による爆発・燃焼の危険性を低減することが重要である。保管容器の中は、主に水素-空気-水蒸気系の雰囲気であり、水蒸気は壁面等において凝縮する。したがって、容器内の水素リスクを把握するには、水蒸気の凝縮過程を正確に理解する必要がある。本研究では、水蒸気雰囲気中にヘリウム(He)が漏洩した際の水蒸気の凝縮量の算出手法についてCFDシミュレーションによる感度解析を行い、実験結果との比較評価を行った。その結果、単純な液膜挙動を考慮した凝縮モデルを用いることで、実験結果の再現性が向上することがわかった。

Under the long-term storage of wet radioactive waste materials, hydrogen (H) is generated by radiolysis of water, and the reduction of the risk of explosion and combustion plays an important role. Since water vapor condenses on the walls of storage vessel, the behavior of H is mainly in H-air-steam (water vapor) atmosphere inside of storage vessel. Therefore, it is important to understand the condensation process of water vapor accurately and grasp the change of H concentration. In this study, CFD simulation method for estimating the amount of condensation of water vapor based on the heat-mass transfer analogy was used when the introduced gas was set to helium (He). An evaluation based on the comparison between the analytical results and the experimental values was carried out. As a result, it was found that the reproducibility of the experimental results was improved by using the condensation model considering the simple liquid film behavior.