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Sahboun, N. F.; 松本 俊慶; 岩澤 譲; Wang, Z.; 杉山 智之
Annals of Nuclear Energy, 195, p.110145_1 - 110145_12, 2024/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)Relocated corium into the Primary Containment Vessel needs to be properly cooled to avoid or mitigate molten core concrete interactions in the PCV in order to maintain its supporting capability for the reactor pressure vessel and to suppress combustible or non-condensable gas releases. To know how effective the cooling is, it became important to know the geometry of the relocated corium. The present study chooses to focus on the "Wet Cavity" strategy and to build a reliable tool to evaluate the corium coolability in such a case. To achieve this goal, a previously developed formulation built to predict the corium geometry under the "Dry Cavity" strategy was extended to the conditions used in the "Wet Cavity" strategy. This extension includes the effect of solidification and cooling from the water by using a newly developed expression for the dimensionless thickness s, the water subcooling, and the melts super heat. After the validation of the extended formulation was confirmed, potential restrictions and limitations were investigated.
岩澤 譲; 杉山 智之; 金子 暁子*
Nuclear Engineering and Design, 409, p.112348_1 - 112348_15, 2023/08
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)The agglomeration can form the massive debris (so-called agglomerated debris) by merging of melt particles with others when the particles accumulate on the floor of a containment vessel after relocation of the molten core (so-called corium or melt) in severe accidents in a light water reactor. This paper presents a modification of the simple correlation to estimate the mass fraction of the agglomerated debris proposed by the previous study [Iwasawa et al., Nucl. Eng. Des., 386 (2022), 111575] based on the experiments of melt jet-breakup using a metallic melt. The methodology is required to estimate the mass fraction of the agglomerated debris in the reactor conditions because the agglomerated debris can have a serious impact on the debris bed coolability. The present study focused the effects of the melt jet injection conditions (nozzle diameter and inlet velocity) on the mass fraction of agglomerated debris to add the experimental data base for the previous study that focused only the effects of the melt temperature, coolant temperature, and coolant depth on the mass fraction of the agglomerated debris. The visualized observation using a high-speed camera and morphological investigation of the recovered debris revealed the effects of the nozzle diameter and inlet velocity on the mass fraction of agglomerated debris. The extrapolation of the modified simple correlation showed the mass fraction of the agglomerated debris in the anticipated reactor conditions.
松本 俊慶; 川部 隆平*; 岩澤 譲; 杉山 智之; 丸山 結
Annals of Nuclear Energy, 178, p.109348_1 - 109348_13, 2022/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)シビアアクシデント時の溶融物関連事象を評価するためにFCIコードであるJASMINEの機能拡張を行った。溶融物の冷却性評価ではキャビティ床面上における粒子状・アグロメレーション・ケーキ状デブリ質量割合や最終的な幾何形状の予測が必要である。アグロメレーションモデルでは、熱を保有した粒子同士のくっつきを考慮し、組み込んだ。もう一つのモデル改良は拡がりモデルの改良である。浅水方程式を導入し、拡がり先端部のクラスト成長に基づく拡がり停止条件を組み込んだ。調整係数の最適化のためにスウェーデンKTHにおいて実施されたDEFOR-A及びPULiMS実験を参照した。JASMINEコードによる実験解析では共通のパラメータセットで良い再現性が得られ、主要な現象は適切にモデル化されたことを示した。
岩澤 譲; 杉山 智之; 阿部 豊*
Nuclear Engineering and Design, 386, p.111575_1 - 111575_17, 2022/01
被引用回数：3 パーセンタイル：53.91(Nuclear Science & Technology)In severe accidents in a light water reactor, the relocated molten core (so-called corium or melt) can form a debris bed. The debris bed coolability is a critical issue for prevention and mitigation of the molten core-concrete interactions. Agglomeration has a serious impact on assessment of debris bed coolability if agglomeration forms massive debris (so-called agglomerated debris) by merging of melt particles with others when the melt particles accumulate on a floor. This paper presents the results of melt jet-breakup experiments for agglomerated debris formation using a simulant metallic melt. The experiments injected a melt jet of a low-melting point metal through a circular nozzle into a test section filled with coolant water. The particles were generated due to the melt jet-breakup accumulated on to a catcher, which is a flat plate made of stainless steel, installed in the test section. A high-speed video camera imaged particle formation and accumulation on the catcher plate. Agglomerated debris was confirmed by morphological investigation of the recovered debris. The experimental results revealed the effects of the melt jet injection conditions (melt temperature, coolant temperature, and coolant depth) on the mass fraction of agglomerated debris. On the basis of the experimental results, we proposed a simple correlation to estimate the mass fraction. The simple correlation successfully reproduced the mass fraction of agglomerated debris obtained in the DEFOR-A test [Kudinov et al., Nucl. Eng. Des., 301 (2013), 284-295]. The experimental data base presented in this paper makes further contributions to the modeling and validation of mechanistic models or simulation tools for agglomerated debris formation.
Sahboun, N. F.; 松本 俊慶; 岩澤 譲; 杉山 智之
Proceedings of Asian Symposium on Risk Assessment and Management 2021 (ASRAM 2021) (Internet), 15 Pages, 2021/10
The accident at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station triggered reevaluation and necessary enhancement of the accident countermeasures and safety regulations worldwide. Such actions are based on the present knowledge and evaluation techniques of the important phenomena anticipated to occur in a severe accident. The present study focused on the under-water melt spreading behavior and aimed at a formulation to predict the final geometry of the solidified melt on the floor of the containment vessel. The formulation, based on the author's previous study of the dry spreading of molten metal, considers the thermal and fluid properties of the melt, so the gap between the core and simulant materials could be filled by using adequate properties. In addition, the formulation was extended to the wet condition by considering the film boiling heat transfer at the upper side of the spreading melt. The improved formula was applied to the PULiMS experiments conducted by the Swedish Royal Institute of Technology with a simulant oxide material under wet conditions. The predicted final spreading area and thickness were in agreement with the experimental results within a twenty percent error.
松本 俊慶; 岩澤 譲; 杉山 智之
Proceedings of Reactor core and Containment Cooling Systems, Long-term management and reliability (RCCS 2021) (Internet), 8 Pages, 2021/10
本研究ではBWRのシビアアクシデント(SA)時のウェットキャビティ戦略(事前注水方策)の下での格納容器内デブリ冷却性を評価するための方法論的枠組みを開発している。この評価手法を実証するために、戦略下での格納容器内デブリの冷却成功確率を解析した。炉心溶融進展に関連する5つのパラメータの不確実さを考慮したMELCORコードによる多ケース解析によりRPVから放出される溶融物条件の確率分布を取得した。パラメータセットは、ラテン超方格サンプリング(LHS)によって生成した。JASMINEコードにより水中及び床面上の溶融物の挙動を予測し、アグロメレーション(凝集)及びメルトプールの質量を予測した。JASMINEコード解析のための59個の入力パラメータセットは、MELCOR解析の結果から決定した溶融物条件の確率分布を用いて、再度LHSにより生成した。複数のキャビティ内初期水プール深さ条件でJASMINE解析を行い、堆積デブリ高さをMCCI発生の判定基準値と比較した。判定結果を集計することで溶融物の冷却成功確率を求めた。
松本 俊慶; 岩澤 譲; 安島 航平*; 杉山 智之
Proceedings of Asian Symposium on Risk Assessment and Management 2020 (ASRAM 2020) (Internet), 10 Pages, 2020/11
本研究では、事前注水した格納容器内デブリの冷却確率を評価した。まず、落下溶融物条件を求めるため、シビアアクシデント解析コードMELCORによる不確かさ解析を行った。この解析では炉心の溶融・移行過程に関連する5つの不確かさパラメータを選択し、仮定された確率分布を用いて、ラテン超方格法(LHS)により入力パラメータセットを生成した。これを用いたMELCORによる多ケース解析の結果から落下溶融物条件を抽出した。次に、MELCOR解析結果をもとに、パラメータの確率分布を決定し、LHSにより生成した59個のパラメータセットを用いてJASMINEコードによる水中の溶融物挙動の解析を行った。水位の条件は0.5m, 1.0m及び2.0mとした。広がり半径とデブリ質量の解析結果からデブリの堆積高さを求め、判定基準と比較することで冷却の成否判定を行った。以上の一連の解析の結果、デブリ冷却の成功確率を求めた。また、MELCOR及びJASMINEを組み合わせた冷却性解析の課題について論じた。
Wang, Z.; 岩澤 譲; 杉山 智之
Proceedings of 2020 International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 2020) (Internet), 12 Pages, 2020/08
In a hypothetical severe accident in a light water reactor (LWR) nuclear power plant, there is a possibility that molten core released from the reactor vessel gets in contact with water in the containment vessel. In this so-called fuel-coolant interactions (FCIs) process, the melt jet will breakup into fragments, which is one of the important factors for a steam explosion, as a potential threat to the integrity of the containment vessel. In order to investigate the melt-jet breakup with solidification processes, a multiphase particle method is developed in this study. Benefiting from its Lagrangian description and meshless framework, the large deformed interfaces could be directly and easily captured by the particle motions. A simple transient heat conduction test is firstly carried out. Two important multiphase instabilities, namely the Rayleigh-Taylor instability and the Kelvin-Helmholtz instability, are studied since they play important roles during the melt-jet breakup. After that, a bubble rising benchmark is performed to show the feasibility of modelling for deformation and collapse. The results achieved so far indicates that the developed particle method is capable to analyze the melt-jet breakup with solidification processes.
岩澤 譲; 杉山 智之; 丸山 結; 金子 暁子*; 阿部 豊*
Proceedings of 27th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-27) (Internet), 6 Pages, 2019/05
For evaluation of the debris coolability, agglomeration, which is merging of melt particles with the others and formation of massive debris, is critical in the severe accidents in light water reactors. We carried out small-scale experiments of agglomerated debris formation using metallic melt to establish a data base for modelling and validation. Molten metal of low melting point was ejected into a test section filled with water though a nozzle. A high-speed video camera recorded images of settlement of the melt particles generated form a melt jet onto a plate located in the test section. After the melt injection, we collected the debris and investigated detailed shapes of the debris. Based on the results, we assessed the feasibility of the experiments of agglomeration using the metallic melt.
岩澤 譲*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 金川 哲也*; 齋藤 慎平*; 松尾 英治*; 海老原 健一; 坂場 弘*; 小山 和也*; 成合 英樹*
Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 7 Pages, 2015/05
高速炉の炉心溶融事故時における事故後冷却性評価のために、冷却材中にジェット状に射出された溶融燃料の微粒化挙動を詳細に把握することが望まれている。本研究では、粘性がジェット挙動に与える影響を調べるために、3次元二相流体格子ボルツマンモデルを用いたジェット挙動の数値シミュレーションを行い、結果をオーネゾルゲ数とレイノルズ数で整理した。結果として、ジェット挙動の評価には、ジェットの粘性と同様に冷却材の粘性の影響も考慮する必要があることを示した。
松尾 英治*; 阿部 豊*; 岩澤 譲*; 海老原 健一; 小山 和也*
日本機械学会論文集(インターネット), 81(822), p.14-00409_1 - 14-00409_20, 2015/02
ナトリウム冷却高速炉の炉心崩壊事故を想定した場合、溶融炉心材料の冷却材へのジェットのブレイクアップ挙動を理解することが必要であることから、流体力学的相互作用によるジェットブレイクアップ挙動を格子ボルツマン法(LBM)を用いシミュレーションした。まず、実験との比較により、LBMのジェットブレイクアップシミュレーションへの適用可能性を検証した。さらに、ウェーバー数及びフルード数などの無次元数の影響をLBMを使って調べた。その結果、ジェット界面が不安定になる場合、ジェットブレイクアップ長さはフルード数に依存せず、エプスタインの相関式とよく一致することが分かった。なお、本論文は、日本機械学会第18回動力・エネルギー技術シンポジウムでの発表内容を詳細にまとめたものである。
松尾 英治*; 阿部 豊*; 岩澤 譲*; 海老原 健一; 金子 暁子*; 坂場 弘*; 小山 和也*
第18回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集, p.75 - 76, 2013/06
ナトリウム冷却高速炉の炉心崩壊事故を想定した場合、溶融炉心材料の冷却材へのジェットのブレイクアップ挙動を理解することが必要であることから、格子ボルツマン法HCZモデルを用いジェットブレイクアップをシミュレーションした。まず、実験との比較により、格子ボルツマン法HCZモデルのジェットブレイクアップシミュレーションへの適用可能性を検証した。さらに、シミュレーションによる感度解析により、ジェットブレイクアップの支配因子が流体力学的微粒化である場合、ジェットブレイクアップ長さはエプスタインの相間とほぼ一致することがわかった。
岩澤 譲*; 阿部 豊*; 松尾 英治*; 海老原 健一; 金子 暁子*; 坂場 弘*; 小山 和也*
第18回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集, p.77 - 78, 2013/06
ナトリウム冷却高速炉の炉心崩壊事故を想定した場合、溶融炉心材料の冷却材へのジェットのブレイクアップ挙動を理解することが必要である。本研究では、ジェットの周囲流体の効果を調べるため、格子ボルツマン法HCZモデルを用いたジェットブレイクアップシミュレーションによって、表面及び微粒化挙動を考察した。結果として、ジェット側面で起こる微粒化によってジェットがブレイクアップすることが観測され、流体力学的微粒化がジェットブレイクアップの支配因子である場合、ジェットブレイクアップ機構がエプスタインが提案する機構に従うことを確認した。
岩澤 譲*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 黒田 泰平*; 松尾 英治*; 海老原 健一; 坂場 弘*; 小山 和也*; 伊藤 和宏*; 成合 英樹*
Proceedings of 15th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-15) (USB Flash Drive), 12 Pages, 2013/05
高速増殖炉の安全な設計において、炉心崩壊事故が起きることを想定した場合、ナトリウム冷却材による炉心溶融物の固化及び除熱が強く要求される。溶融物ジェットの固化挙動を評価するには、炉心溶融物と冷却材との相互作用を詳細に理解する必要がある。本研究では、炉心溶融物を模擬した溶融金属及び透明流体を、冷却材を模擬した水に射出した実験において、両模擬部物質のジェットブレイクアップ挙動を高速度ビデオカメラで観察し、既存の理論との比較した。さらに、二相流体格子ボルツマン法を用いた液体ジェットのシミュレーションにより定性的なジェット挙動を再現した。
岩澤 譲*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 齋藤 慎平*; 松尾 英治*; 海老原 健一; 坂場 弘*; 小山 和也*; 成合 英樹*
no journal, ,
高速増殖炉の炉心崩壊事故時、溶融炉心の一部が冷却材中にジェット状に射出される可能性があることから、その適切な冷却のため、溶融ジェットが到達する長さであるジェットブレイクアップ長さの予測が重要になる。これまで、模擬実験との比較により一成分二相の3次元格子ボルツマンモデルの液体ジェット挙動への適用性が検討されているが、シミュレーションでは考慮していない空気巻き込みがある実験と比較している。今回は、空気巻き込みのない模擬実験結果とシミュレーション結果を比較し、液体ジェットのブレイクアップメカニズムを検討した。結果として、格子ボルツマンモデルは、空気巻き込みのない液体ジェット射出結果をよく再現し、ブレイクアップ長さに関する無次元数は、実験値とほぼ同様の値となった。シミュレーションによる速度分布の算出結果から、ジェット先端での渦がブレイクアップを促進することが確認された。
岩澤 譲*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 金川 哲也*; 齋藤 慎平*; 松尾 英治*; 海老原 健一; 坂場 弘*; 小山 和也*; 成合 英樹*
no journal, ,
高速増殖炉の炉心溶融事故に対する事故後冷却性評価において、冷却材中にジェット状に射出された溶融燃料の微粒化の過程を詳細に把握することが望まれている。ジェット側面からの剥ぎ取りによる微粒化物の生成がジェットブレイクアップにおいて支配的となる条件を明らかにするため、実験でジェット相の粘性の影響が調べられている。しかし、冷却相の粘性がジェット挙動に与える影響については未だ調べられていない。そこで、3次元二相流体格子ボルツマンモデルによるジェット挙動の数値シミュレーションによって冷却相の粘性がジェット挙動に及ぼす影響を考察し、その結果、冷却相の粘性が小さくなるとジェットの微粒化が活発となることが分かった。このことから、実機条件におけるジェット挙動の評価には粘性比を合せることが必要と考えられる。
岩澤 譲; 松本 俊慶; 川部 隆平; 安島 航平; 杉山 智之; 丸山 結
no journal, ,
軽水炉シビアアクシデント時における格納容器内での溶融炉心冷却性を評価する手法を開発することを目的として、JASMINEコードの改良を行った。溶融炉心冷却性には、生成した溶融炉心の粒子同士が結合して塊状(アグロメレーション)となる現象に加えて、溶融炉心が格納容器床面を広がる現象が重要となる。JASMINEコードに組み込まれたこれらの現象に関するモデルを、スウェーデン王立工科大学で実施されたDEFOR-A実験とPULiMS実験をもとに改良した結果、実験結果の予測性能が向上した。
岩澤 譲
no journal, ,
軽水炉のシビアアクシデントで想定されるMCCIの防止・緩和対策として事前注水を採用した場合には、溶融炉心の移行条件に依存して粒子状デブリ,塊状デブリ及び連続層状デブリといった異なる形態のデブリが堆積する可能性がある。塊状デブリ及び連続層状デブリは、粒子状デブリと比較して表面積が小さく冷却性に乏しい。本研究では、冷却水中で粒子化した溶融炉心が床面で再結合することで堆積する塊状デブリの質量割合を予測する手法の開発を目的として、低融点金属を冷却水中に投入する模擬実験を実施した。実験結果に基づき、塊状デブリの堆積を支配する要因を同定し、予測相関式を構築した。
