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山野 秀将; 藤田 哲史; 飛田 吉春; 神山 健司; 近藤 悟; 守田 幸路*; Fischer, E. A.; Brear, D. J.; 白川 典幸*; 曹 学武; et al.
JNC TN9400 2003-071, 340 Pages, 2003/08
JNC-TN9400-2003-071.pdf:1.54MB
核燃料サイクル開発機構(サイクル機構)では、高速炉の仮想的な炉心損傷事故を評価するために新たな安全解析コードSIMMER-IIIの開発を進めてきた。SIMMER-IIIは、2次元,3速度場,多相多成分,オイラー座標系の流体力学モデルを中核として、物質配位及びエネルギー状態に対応した空間依存の核計算モデルを有機的に結合したコードである。現在までに、本コード開発プロジェクトの当初に計画していた全てのモデル開発を終了したことになり、いよいよ実機の安全解析や複雑な多相流解析に本格的に適用できる段階に達した。また、コード開発と併行して、体系的なモデル検証研究を欧州研究機関と共同で進めており、その結果、モデルの高度化により従来のSIMMER-IIコードで問題とされた適用限界の多くが解消できるとの見通しを得つつある。本報告書では、SIMMER-III Version 3.Aの詳細なプログラム解説に加えて、各要素物理モデル,数値計算アルゴリズム及びコードの特徴について述べる。今後さらにモデル改良を行うことが望まれる分野についてもとりまとめた。新たに完成したSIMMER-III Version 3.Aにより、高速炉の安全解析における信頼性と適用範囲が飛躍的に向上できるものと期待されている。
曹 学武
JNC TN9400 2001-128, 200 Pages, 2002/03
JNC-TN9400-2001-128.pdf:5.17MB
燃料ー冷却材相互作用(Fuel Coolant Interaction:FCI)は高速炉の炉心損傷事故および軽水炉のシビアアクシデントにおける重要な現象であり、近年、主に数値計算的手法を用いて研究されている。この燃料ー冷却材相互作用の研究には多相多成分流体解析コードが利用されるため、要素物理モデルの開発と検証が不可欠である。本研究では、核燃料サイクル開発機構で開発中のSIMMER-IIIコードを用いて QUEOS, MIXA, KROTOSなどの実験を解析することにより、高温粒子・液滴の抵抗計数と溶融燃料の熱的明細化モデルの開発・検証を行っている。燃料ー冷却材相互作用では、冷却材中を運動している高温粒子・液滴が蒸気膜で覆われていることが特徴である。この高温粒子・液滴の抵抗計数を適切に評価できるモデルは、まだ開発されていない。本研究では、基礎保存式と混合粘性モデルに基づいて、層流および乱流条件下で高温粒子・液滴に対する抵抗計数を評価する無次元抵抗関係式を開発した。この抵抗計数はレイノルズ数、蒸気と冷却材との密度比、および粘度比、そして本研究で新たに導入した 2つの無次元数の関数として記述される。この関係式をSIMMER-IIIコードに組み込み、 QUEOS実験の解析に適用した結果、実験結果と解析結果との一致は適切に改善された。溶融粒子熱細粒化メカニズムについては、これまでにも多くの研究がなされているが、シミュレーションコードに使用できるような沸騰効果と表面固化を triggerとする微粒化モデルは開発されていなかった。本研究では、 FCI現象の数値シミュレーション技術の高度化を図るために、溶融燃料の熱的細粒化モデルを新たに提案した。このモデルは、圧力変化、沸騰効果および表面固化に基づく熱的細粒化メカニズムをTaylor不安定のメカニズムと組み合わせたものである。本モデルを粗混合過程と propagationの模擬実験解析に適用し、熱的細粒化モデルの有効性を確認した。
曹 学武; 飛田 吉春
JNC TN9400 2001-123, 72 Pages, 2001/06
JNC-TN9400-2001-123.pdf:1.75MB
溶融粒子熱細粒化メカニズムについてはこれまでにも多くの研究がなされているが、シミュレーションコードに使用できる沸騰効果と表面固化による微粒化モデルは開発されていなかった。本研究では、FCI現象の数値シミュレーションを高度化するために、溶融燃料の熱的細粒化モデルを提案した。本モデルは、圧力変化,沸騰効果及び表面固化に基づく熱的細粒化メカニズムをTaylor不安定性のメカニズムと組み合わせたものである。本モデルを粗混合過程とpropagationの模擬実験解析に適用し、熱的細粒化モデルの有効性を確認した。
曹 学武; 飛田 吉春
JNC TN9400 2001-122, 44 Pages, 2001/06
JNC-TN9400-2001-122.pdf:1.08MB
Winfrith Technology Centreで行われたMIXA-06の実験では3kgの溶融燃料模擬物質(3600Kの81%二酸化ウランと19%モリブデン金属の混合物質)を水に落下させ、FCIの粗混合過程が研究されている。この実験のシミュレーションを通じて、SIMMER-IIIのFCIの溶融粒子細粒化に関わるモデルの検証を行う。溶融粒子集団のフロントの位置を実験結果と比較したところ、hydrodynamic溶融粒子細粒化モデルは粒子の水中での落下速度を低Weber数の場合に過大に評価するため、thermal溶融粒子細粒化メカニズムを考慮した溶融粒子細粒化モデルが必要とされることが分かった。
曹 学武; 飛田 吉春
14 AFMC, 2, p.837 - 840, 2001/00
燃料-冷却材相互作用(FCI:Fuel Coolant Interaction)では、冷却材中を運動している高温粒子・液滴が蒸気膜で覆われていることが特徴である。この高温粒子・液滴の抵抗係数が開発されていない。本研究では、基礎保存式から、層流と乱流の条件での単一の高温粒子・液滴に対する抵抗係数の無次元抵抗関係式を開発した。この抵抗係数はRe数、蒸気と冷却材との密度比及び粘土化、そして本研究で新たに導入した2つの無次元の関数として表現する。単一粒子モデルと混合粘性モデルから、層流と乱流の条件で、多粒子体系での高温粒子・液体の抵抗係数の無次元抵抗関係式を開発した。この関係式をSIMMER-IIIコ-ドに組み込み、QUEOS実験の解析に適用して、解析と実験結果との一致が適切に改善された。
曹 学武; 飛田 吉春
JNC TN9400 2001-055, 45 Pages, 2000/11
JNC-TN9400-2001-055.pdf:1.24MB
燃料-冷却材相互作用(FCI:Fuel Coolant Interaction)では、冷却材中を運動している高温粒子・液滴が蒸気膜で覆われていることが特徴である。この高温粒子・液滴の抵抗係数が開発されていない。本研究では、基礎保存式から、層流と乱流の条件での単一の高温粒子・液滴に対する抵抗係数の無次元抵抗関係式を開発した。この抵抗係数はRe数、蒸気と冷却材との密度比及び粘度比、そして本研究で新たに導入した2つの無次元数の関数として表現する。単一粒子モデルと混合粘性モデルから、層流と乱流の条件で、多粒子流体体系での高温粒子・液体の抵抗係数の無次元抵抗関係式を開発した。この関係式をSIMMER-IIIコードに組み込み、QUEOS実験の解析に適用して、結果に実験結果との一致は適切に改善された。
曹 学武; 飛田 吉春
JNC TN9400 2000-100, 52 Pages, 2000/06
JNC-TN9400-2000-100.pdf:1.48MB
QUEOS実験では10kg位の高温(Q-12 2300K)又は低温(Q-08 300K)の金属粒子を水中に落下し、FCIの粗混合過程が研究されている。この実験のシミュレーションを通じて、SIMMER-IIIのFCIに関わる粒子抵抗係数モデルの検証を行う計画である。本報告では粒子集団のフロントの位置を実験結果と比較することにより、運動量交換関数の妥当性を検討した。この結果、SIMMER-III粒子と水の間の運動量交換を高温粒子の場合には過大に評価することが示された。