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論文

Improvement of ex-vessel molten core behavior models for the JASMINE code

松本 俊慶; 川部 隆平; 杉山 智之; 丸山 結

Proceedings of 10th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-10) (USB Flash Drive), 9 Pages, 2016/11

シビアアクシデント時に溶融炉心が圧力容器外に放出される場合の格納容器破損防止対策として、事前注水や格納容器スプレイによりペデスタルやキャビティに予め水を張ることが考えられている。このときの燃料デブリ冷却性を評価するため、JASMINEコードの溶融炉心挙動モデルを改良した。溶融炉心がジェット状に水中に落下する際、水との相互作用により粒子状のデブリを放出する(ブレークアップ)。冷却性に影響を及ぼすデブリ粒径分布の取り扱いを改良し、スウェーデン王立工科大学(KTH)で実施されたジェットブレークアップ実験DEFOR-Aの解析を行い、実験結果と比較した。また、溶融ジェットが床面に到達するとメルトプールを形成し、水平方向に広がる。冷却性評価で重要となる広がり面積を評価するため、クラスト形成モデル等を導入し、同じくKTHで実施されたメルト広がり実験PULiMSの解析を行い、実験結果と比較した。両現象の評価精度の向上に向けて、さらなる改良点を検討した。

報告書

ナトリウム火災防護設備基礎試験(III) : 二次系ナトリウム火災の事故推移に関する縮尺モデル試験、Run-B3

姫野 嘉昭*; 宮原 信哉*; 川田 耕嗣*; 川部 隆平*; 佐々木 和一*; 山田 敏雄*; 宮口 公秀*

PNC-TN941 85-130, 65 Pages, 1985/09

PNC-TN941-85-130.pdf:2.49MB

ナトリウム配管,床ライナ,連通管および燃焼抑制槽のそれぞれの縮尺モデル試験体を用いて,二次系ナトリウム火災に関する試験を行った。試験では,各試験体を実機と類似に配置し,模擬事故室内の配管からのナトリウム漏洩によって始まり,燃焼抑制槽で事故が終息するまでを調べた。使用したナトリウムは,温度505$$^{circ}C$$,総重量約150kgで,これを模擬ナトリウム配管から流量約1/sccで約3分間にわたって漏洩させた。今回の試験結果から,次の結論を得た。模擬配管からの漏洩ナトリウムは,現在「もんじゅ」設計で想定されている事故推移と同様に,床ライナから連通管を経て燃焼抑制槽に円滑にドレンされ,燃焼抑制槽内のナトリウム燃焼の自然鎮火によって事故が終息した。模擬ナトリウム漏洩配管では,内装板及び外装板の腐食破損及び高温破損は生じておらず,試験期間中は漏洩ナトリウム飛散防止機能が維持された。模擬事故室の床ライナ上及び連通管内については,燃焼生成物によるナトリウム流路の閉塞は認められなかった。また模擬事故室における漏洩ナトリウムの滝状(コラム状)及びプール状の混合燃焼による発熱量は,床ライナの単位面積当たりに換算するとプール燃焼発熱量の約1.6倍であった。燃焼抑制槽にドレンされたナトリウムの燃焼は一定時間後に自然に鎮火した。燃焼抑制槽下部のコンクリートについては,断熱コンクリートであるパーライトコンクリートと構造コンクリートのそれぞれの温度データを得た。また試験期間中のコンクリート放出水量は,従来のR&D結果と比べ非常に少なかった。

報告書

ナトリウムプ-ル火災計算モデル(SPM)

三宅 収*; 山崎 洋嗣*; 川部 隆平*; 姫野 嘉昭*; 宮口 公秀*

PNC-TN941 85-131, 61 Pages, 1985/08

PNC-TN941-85-131.pdf:1.44MB

高速炉の安全設計の一環として行われるナトリウムプール火災解析には,計算コードとして,SOFIRE―M2コード,もしくはプール火災とスプレイ火災を組み合わせたASSCOPSコードが使用されて来た。ところがプール火災は,近年は上記の計算コードが開発された時代と比べ,実験を通じて現象がより詳細に把握できる段階になって来ている。一方,現在の高速炉プラントの合理化に対する動向から,プール火災とその熱的影響を,より現実的に評価できるよう精度の高い計算コードが今後要求されて来るものと推定する。そこで,このような現状と動向に鑑みて,主に二次冷却系の空気雰囲気に於けるナトリウムプール火災を対象に新たな計算モデル,SPM(SodiumPoolFireModel)を開発した。SPMでは,実際の現象を出来るだけ忠実にモデル化する目的で,ナトリウムプール表面の上方に燃焼フレーム(火災)を考え,フレーム内における燃焼反応と,燃焼反応によって生成される反応熱の周囲雰囲気及び周囲構造物への熱伝達を考慮した。モデルの妥当性の検証については,米国HEDLのCSTF施設および西独KfKのFAUNA施設による実験結果,および従来の計算コードであるSOFIRE2あるいはSOFIRE―M2による計算結果との比較検討を行った。比較検討の結果,SPMの計算結果は,実験値にほぼ一致するかやや保守的な値となったが,プール温度については,SOFIRE―M2による計算結果と比べ著しい改善が見られ,より実測値に近い計算結果を得た。

報告書

ナトリウム火災防護設備基礎試験(II); ライナ上の低温ナトリウム流動燃焼試験(Run-B4)

川部 隆平*; 姫野 嘉昭*; 川田 耕嗣*; 宮口 公秀*

PNC-TN941 85-104, 17 Pages, 1985/06

PNC-TN941-85-104.pdf:0.76MB

漏洩ナトリウムの流動性を明らかにする目的で、温度250$$^{circ}C$$の低温ナトリウムのライナ上流動燃焼試験を行った。試験には、長さ約2.4m、幅約1.2m、ライナ勾配1/100を有し裏面断熱の水平なライナ試験体を用い、その端部に幅200mm、高さ10mmのノズルを固定し、ノズルから水平方向に流量約1-/secで総量約160kgのナトリウムを220秒間穏やかに流した。試験中はライナ上のナトリウムの流動性及び燃焼状況を観察し、またライナ各部の温度測定も行った。試験後は、試験体各部に残留したナトリウム燃焼生成物の回収とそれらの分布を調べた。試験中及び試験後のデータとそれらの解折から、次に述べる結果を得た。ノズルからの流出ナトリウムは、最初は限定された流路幅の中を流れた。しかし、しばらくすると流出ナトリウムの先端が放熱のために一時棟結し、凍結によって形成された固化ナトリウムが流路をライナ全面に広げた。凍結ナトリウムは、次々と流入するナトリウムによって容易に再融解され、その後のナトリウム流動は円滑に推移した。ナトリウムからライナに対する熱流束は約80kw/m$$times$$2以下で、前回の高温ナトリウム(505$$^{circ}C$$)試験の時と比べ小さい。ただ、熱伝達率は300$$sim$$500w/m$$times$$2$$^{circ}C$$と前回と同様な値であった。試験後の残留ナトリウム燃焼生成物は、ライナ上では平均約1kg/m$$times$$2のほぼ均一な分布を示し、連通管内については大きな固形燃焼物の流入は認められていない。このことと前回の高温ナトリウムを用いた同様な試験結果から、実機における流路閉塞の可能性は排除できるものと結論される。

報告書

Comparison of Sofire-MII Predictions with the Results of German FAUNA F5 and F6 Tests

三宅 収; 川部 隆平; 姫野 嘉昭; 宮口 公秀

PNC-TN941 85-67, 43 Pages, 1985/03

PNC-TN941-85-67.pdf:0.78MB

None

報告書

ナトリウム火災解析コード; ASSCOPS Ver.1.1(インプットマニュアル)

里美 直樹*; 山崎 洋嗣*; 三宅 収*; 川部 隆平*; 姫野 嘉昭*; 宮口 公秀*

PNC-TN952 84-13, 159 Pages, 1984/11

PNC-TN952-84-13.pdf:4.4MB

高速増殖炉の冷却系安全性評価の一つとして,配管が何らかの原因で破損し,ナトリウムが漏洩した場合の,ナトリウム火災の原子炉プラントに及ぼす熱的影響に関する解析が行われている。 従来,ナトリウム火災については,スプレイ火災とプール火災をそれぞれ別々の計算コードで解析してきたが,ASSCOPS(AnalysisofSimultaneousSodiumCombustionsinPoolandSpray)コードでは,これらプール火災計算コードSOFIRE―M2とスプレイ火災計算コードSPRAY―3Mの二つを統合し,混合火災としての解析評価を可能にしたものである。 本報告は,ASSCOPSコードの使用説明書として,入力データの内容,出力データの仕様,ジョブコントロールについてとりまとめたものである。

報告書

ナトリウム火災防護設備基礎試験

川部 隆平*; 姫野 嘉昭*; 藤枝 平*; 奥村 泰伸*; 佐藤 稔*

PNC-TN941 84-124, 56 Pages, 1984/08

PNC-TN941-84-124.pdf:3.89MB

ナトリウム漏洩・火災基礎試験装置(SOFT-1)において次に示す3回の試験を行った。(1)Run-A1‥ナトリウム燃焼現象の把握を目的として180-のナトリウムをプール燃焼させ,ナトリウム中の温度変化,燃焼速度等を求めた。(2)Run-B1‥火災抑制板の性能評価を目的として,燃焼中のナトリウム180-をスリットを有する板で覆い,燃焼抑制効果を求めた。また,連通管の機能およびその健全性を確認するために約530$$^{circ}C$$まで昇温させたナトリウムを連通管を通してドレンさせる試験を行った。(3)Run-B2‥ライナ上のナトリウムの燃焼・流動挙動を解明するため,505$$^{circ}C$$,約180-のナトリウムを大きさ1.2m$$times$$2.4mで,1/100勾配を有する鋼板上に流出させて,温度変化・残留物重量等を測定した。(ii)これらの結果,以下のことが明らかになった。(i)ナトリウムを400$$^{circ}C$$に加熱した状態で空気に触れさせたところ着火した。(iii)ナトリウム表面温度は7分後に約650$$^{circ}C$$となり,その後ほぼ一定となった。(iv)火災抑制板上の空気流が強制対流という保守側の条件のもとでも,火災抑制板(開口面積比1%)の在る時の燃焼速度は,開放プールのそれの約3%に,エアロゾル発生速度は約5%に減少した。(v)室温の連通管壁へ燃焼ナトリウムをドレンさせた鴉合の最大熱流束は1.2$$times$$10$$times$$6W/m$$times$$2であった。なお,試験後に行ったカラーチェックでは,この時の連通管の管壁にはクラック等は検出されなかった。ライナ試験Run-B2では,ナトリウムの供給終了後に,ライナ上に多量の酸化物が残り,これらが燈芯状に作用してナトリウムの燃焼が進み,ライナ温度は,供袷ナトリウム温度より138$$^{circ}C$$高い643$$^{circ}C$$に達した。この試験の終了後にライナ上に残った酸化物量は単位面積あたり8.7kg/m$$times$$2であった。ライナ上でのナトリウムの最高温度,流速,燃焼速度,ライナヘの最大熱伝達率は,それぞれ700$$^{circ}C$$,0.1m/s,5gNa/m$$times$$2s,1200W/m$$times$$2$$^{circ}C$$であった。連通管に入る固形物量は少なく,供袷ナトリウム量の0.14%であった。エアロゾルの最大発生速度は,1.8gNa/m$$times$$2s(6.84kgNa/m$$times$$2hr),観測された最大エアロゾル濃度は32gNa/m$$times$$3であった。

報告書

軽水冷却炉における一次系破断事故時の圧力波伝播現象の解析,計算コードBURSTによる,1; 単相流放出体系の解析

篠田 度; 今岡 恒夫*; 川部 隆平*; 石川 迪夫

JAERI-M 4473, 106 Pages, 1971/06

JAERI-M-4473.pdf:2.04MB

この報告書は、圧力波伝播現象解析コードBURSTを用いて行なった解析結果について述べたものである。流路としては、単管から模擬原子炉に至る広い範囲を対象とし、その中に末飽和水あるいは過熱蒸気の充たされている単相流体系における圧力彼伝播現象を解明した。解析の結果、BURSTコードのモデルの妥当性を確認し、使用上の注意事項ならびに適用限界を明らかにすることができた。又、諸種の流路における圧力波伝播現象の特徴、例えば、断面積のゆるやかに変化する部分では、透過波形に歪を生ずること、等、を明らかにした。

口頭

格納容器内先行注水による溶融炉心冷却挙動に関する研究,4; JASMINEコードにおけるジェットブレークアップモデルの改良

松本 俊慶; 川部 隆平; 杉山 智之; 丸山 結

no journal, , 

シビアアクシデント時の溶融炉心放出への対策として、格納容器下部への先行注水が検討されている。ジェット状に水中に落下する溶融炉心の冷却性評価手法の高度化のため、JASMINEコードの改良を行った。また、実験の解析を行い、高度化に必要な課題の検討を行った。

口頭

格納容器内先行注水による溶融炉心冷却挙動に関する研究,3; JASMINEコードにおける溶融炉心床上拡がり挙動モデルの改良

川部 隆平; 松本 俊慶; 杉山 智之; 丸山 結

no journal, , 

シビアアクシデント時に溶融炉心が格納容器の水プール中に落下する際の格納容器床面上における溶融炉心の拡がりと冷却挙動を評価するため、機構論的溶融炉心/冷却材相互作用解析コードJASMINEのモデルを改良し、スウェーデン王立工科大学において実施された高温溶融炉心模擬物の拡がりに係わるPULiMS実験を解析した。実験の観察結果及び測定結果との比較から、解析結果は拡がり面積を過大に評価する傾向が示されたが、水の冷却によって形成される上面クラスト、床面への放熱により形成される底面クラスト及び両クラストの間を移動する溶融物から成る三層構造で床面上を拡がる溶融炉心をモデル化した改良が妥当であることを確認した。

口頭

Improvement of fuel-coolant interaction models for ex-vessel debris coolability evaluation

松本 俊慶; 川部 隆平; 杉山 智之; 丸山 結

no journal, , 

In severe accident at nuclear power stations, molten core materials can fall into the cavity/pedestal space of containment vessel (CV) after lower head failure. Molten core materials can erode the base mat concrete and generate combustible gases. The core coolability is a key issue for the integrity of CVs. Water injection into the CV is one of the accident management measures to mitigate the molten core concrete interaction (MCCI). Model improvements for the JASMINE code were conducted to improve the capability of the assessment of MCCI. The Rosin-Rammler distribution was implemented as the jet breakup particle diameter distribution. A crust formation model was also implemented to simulate molten core solidification in spreading on the floor. The improved models were applied to the analyses of the DEFOR-A and PULiMS tests conducted by the Royal Institute of Technology (KTH, Sweden) to investigate the jet breakup and melt spreading on the floor in water pool using core simulant materials.

口頭

格納容器内先行注水による溶融炉心冷却挙動に関する研究,1; JASMINEコードにおけるブレークアップ粒子結合モデルの開発

松本 俊慶; 川部 隆平; 安島 航平; 杉山 智之; 丸山 結

no journal, , 

シビアアクシデント時の溶融炉心/コンクリート相互作用(MCCI)防止対策の有効性評価の高度化に向けてJASMINEコードの改良を進めている。本研究では、溶融物の粒子化割合を適切に評価するため、高温粒子同士の結合による塊状デブリ生成(アグロメレーション)モデルを導入し、スウェーデン王立工科大学によるDEFOR-A実験の解析に適用し、プール深さとアグロメレーション割合の関係を定性的に再現した。

口頭

格納容器内先行注水による溶融炉心冷却挙動に関する研究,2; JASMINEコードにおける溶融炉心床上拡がりモデルの改良と解析

川部 隆平; 松本 俊慶; 安島 航平; 杉山 智之; 丸山 結

no journal, , 

MCCI防止対策の有効性評価において重要なパラメータである溶融炉心とコンクリートの界面面積を適切に評価するため、JASMINEコードの溶融炉心床上拡がりモデルを改良し、PULiMS実験及びBWR実機条件での解析に適用した。PULiMS実験結果との比較より、今回のモデルは径方向の拡がり速度を概ね再現できたが、水への伝熱を過小評価し、最終的な溶融物拡がり面積を過大評価する傾向があることが分かった。

口頭

JASMINEコードによる格納容器内溶融炉心冷却性

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。

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