Steam Explosion Simulation Code JASMINE v.3 User's Guide; Revised for code version 3.3c
水蒸気爆発解析コードJASMINE v.3取扱説明書; 改訂版コードバージョン3.3c
岩澤 譲
; 松本 俊慶
; 森山 清史*
Iwasawa, Yuzuru; Matsumoto, Toshinori; Moriyama, Kiyofumi*
水蒸気爆発では、揮発性を有する低温の液体に高温の液体が接触した場合に高温の液体から低温の液体への急激な熱伝達により、高温の液体の細粒化と低温の液体の爆発的な相変化が連鎖的に発生する。爆発的な相変化により発生する衝撃波は低温の液体の内部を伝播する。衝撃波の伝播に伴い高温の液体と低温の液体の混合物が膨張することにより、周囲に存在する構造体に機械的な負荷を与える可能性がある。軽水炉のシビアアクシデントでは、原子炉格納容器へ移行した溶融炉心(溶融物)と冷却水との相互作用に起因して発生する水蒸気爆発が原子炉格納容器の健全性に対する脅威となることが想定される。このことから、水蒸気爆発の発生が周囲に存在する構造体へ与える機械的な負荷を評価することが安全評価の観点から重要となる。原子力機構では、実際の原子炉にて発生した水蒸気爆発が周囲に存在する構造体へ与える機械的な負荷を評価することを目的としてJASMINEコードを開発した。機構論的な手法を取り入れることにより、JASMINEコードは水蒸気爆発を数値解析上で取り扱うことができる。本書はJASMINEコードに採用されている基礎方程式、数値解法及び数値解析例を記載した取扱説明書である。本書に記載した数値解析例を参照することにより、JASMINEコードによる数値解析で得られた結果を検証できるように配慮した。入力条件の作成方法、コードの実行手順及び補助ツールの使用方法を記載することにより、JASMINEコードを用いた数値解析を実践できるよう配慮した。本書は「水蒸気爆発解析コードJASMINE v.3ユーザーズガイド(JAEA-Data/Code 2008-014)」の改訂版である。公開されているJASMINE 3.3bの軽微な不具合の修正に加えて、UNIX 系システムで広く使用されているGNU コンパイラー等に適合するための修正を施した最新版を JASMINE 3.3cとした。改訂版は、新規に公開される JASMINE 3.3cによる数値解析の結果に基づき作成されているために、掲載されている数値解析の結果を再現できる。数値解析の実施に際しては、既存研究により提案されている調整係数の決定方法を採用した。
A steam explosion is defined as a phenomenon that occurs when a hot liquid comes into contact with a low-temperature cold liquid with volatile properties. The rapid transfer of heat from the hot liquid to the cold liquid results in a chain reaction of the explosive vaporization of the cold liquid and fine fragmentation of the hot liquid. The explosive vaporization of the cold liquid initiates the propagation of shock waves in the cold liquid. The expansion of the hot and cold liquid mixture exerts mechanical forces on the surrounding structures. In severe accidents of light water reactors, the molten core (melt) is displaced into the coolant water, resulting in fuel-coolant interactions (FCIs). The explosive FCI, referred to as a steam explosion, has been identified as a significant safety assessment issue as it can compromise the integrity of the primary containment vessel. The JASMINE code is an analytical tool developed to evaluate the mechanical forces imposed by steam explosions in nuclear reactors. It performs numerical simulations of steam explosions in a mechanistic manner. The present report describes modeling concepts, basic equations, numerical solutions, and example simulations, as well as instructions for input preparation, code execution, and the use of supporting tools for practical purpose. The present report is the updated version of the "Steam Explosion Simulation Code JASMINE v.3 User's Guide, JAEA-Data/ Code 2008-014". The present report was compiled and updated based on the latest version of the code, JASMINE 3.3c, with corrections for minor errors of the distributed code JASMINE 3.3b, and conformance to recently widely used compilers on UNIX-like environments such as the GNU compiler. The numerical simulations described in the present report were obtained using the latest version JASMINE 3.3c. The latest parameter adjustment method for a model parameter proposed by the previous study is employed to conduct the numerical simulations.