不均一な粒子充填層の透過率とForchheimer係数の推定

Estimation of permeability and Forchheimer coefficient for non-uniform packed beds

佐野 吉彦*; 太田 健介*; 桑原 不二朗*; 上澤 伸一郎  ; 吉田 啓之  

Sano, Yoshihiko*; Ota, Kensuke*; Kuwahara, Fujio*; Uesawa, Shinichiro; Yoshida, Hiroyuki

東京電力福島第一原子力発電所の原子炉格納容器(PCV)内に存在する燃料デブリの熱挙動を推定するため、多孔質体モデルを追加したJUPITERコードによる解析手法の開発が進められている。しかしながら、多孔質体の内部構造に応じたモデルおよびそのパラメータの選定が、シミュレーション結果に大きく影響することが明らかとなっており、これらを適切に選定する手法の確立が求められている。本研究では、多孔質体における流動特性のモデル定数の算出手法について検討を行った。これらの特性は、単なる固体と気体の体積比に依存するだけでなく、内部構造に大きく左右されることから、異なる粒径を持つ粒子充填層に着目し、数値シミュレーションを通じて多様な構造における透過率およびForchheimer係数を評価した。得られた結果に基づき、粒子充填層の構造ごとにこれらのパラメータを適切に算出する手法を提案し、多孔質体内伝熱流動モデルの精度向上に資する知見を得た。

To estimate the thermal behavior of fuel debris inside the Primary Containment Vessels (PCVs) of TEPCO's Fukushima Daiichi nuclear power station, a simulation method has been developed using the JUPITER code with porous medium models. However, it has been found that the selection of models and parameters according to the internal structure of the porous media significantly affects the accuracy of simulation results, highlighting the need for appropriate model selection strategies. In this study, we investigated methods for calculating macroscopic model constants that characterize flow behavior in porous media. These properties are influenced not only by the volume ratio of solid and gas phases but also by the structural features of the porous media. Focusing on packed beds composed of particles with varying diameters, we conducted numerical simulations to evaluate permeability and Forchheimer coefficient across diverse structural configurations. Based on the results, we propose a method for appropriately determining these parameters according to the structure of the packed bed, thereby contributing to the improvement of the porous media heat transfer and flow model.