異なる粒径を有する粒子充填層の透過率およびForchheimer係数

Permeability and Forchheimer coefficient of packed beds with different particles sizes

河部 友三郎*; 佐野 吉彦*; 桑原 不二朗*; 上澤 伸一郎  ; 吉田 啓之  

Kawabe, Tomosaburo*; Sano, Yoshihiko*; 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、多孔質体の一形態である粒子充填層に着目し、その流動特性を記述するモデル定数の算出手法について検討を行った。特に、粒径比や充填構造が不均一な粒子充填層に関する系統的な知見は限られており、構造差を考慮した包括的な整理は十分になされていないことから、本研究では数値シミュレーションを用いて、粒径比や充填構造が異なる粒子充填層の透過率、Forchheimer係数について評価した。得られた結果に基づき粒子充填層の構造特性に応じてこれらのパラメータを適切に算出する手法を提案するとともに,多孔質体内の流動解析モデルの精度向上を確認した。

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 focus on packed beds with particles as one form of porous media and investigate a methodology for determining model parameters that characterize their flow behavior. Systematic knowledge of packed beds with heterogeneous particle size ratios and packing structures remains limited, and comprehensive organization accounting for structural differences has not yet been fully established. Therefore, numerical simulations were employed to evaluate the permeability and Forchheimer coefficient of packed beds with different particle size ratios and packing structures. Based on the obtained results, a method for appropriately determining these parameters according to the structural characteristics of packed beds is proposed, and insights are provided that contribute to improving the accuracy of flow analysis models in porous media.