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高田 孝; 大野 修司; 田嶋 雄次*
Mechanical Engineering Journal (Internet), 4(3), p.16-00577_1 - 16-00577_11, 2017/06
ナトリウム冷却高速炉において、冷却材であるナトリウムの漏えいに伴う火災の評価は安全上重要な課題である。本論文では、複数部屋におけるプール燃焼において部屋間の熱・物質輸送に着目し、原子力機構にて行った実験のベンチマーク解析をSPHINCSコードを用い実施した。実験結果ならびに数値解析結果より複数部屋間における伝熱流動特性を明らかにすると共に、浮力起因の対流通気が支配的となることを明らかにした。
大野 修司; 高田 孝; 田嶋 雄次*
Proceedings of 24th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-24) (DVD-ROM), 7 Pages, 2016/06
ナトリウム冷却高速炉プラントで想定されるナトリウム漏えい燃焼状況のうち一つの重要なセル間通気影響の観点に着目して、2セル体系におけるナトリウムプール燃焼と熱移行に関する研究を行った。開口を介して水平方向に配置された2セル体系でのナトリウム燃焼と付随する熱流動挙動について、実験計測値と多セル解析コードSPHINCSによる数値解析の両面から分析・調査した結果をまとめる。
大野 修司; 大島 宏之; 田嶋 雄次*; 大木 裕*
Journal of Power and Energy Systems (Internet), 6(2), p.241 - 254, 2012/06
高速炉プラントの安全性評価に使用するナトリウム燃焼解析コードを対象として、その信頼性を系統的に示すために検証と妥当性確認に関する活動を進めている。2つの解析コードSPHINCS及びAQUA-SFに焦点を当てて、まず対象とする重要現象を明らかにするためのPIRTテーブルを作成し、次に妥当性確認に用いる試験を示す評価マトリックスを提案した。さらに、単一液滴燃焼試験の解析を実施して、両解析コードのスプレイ燃焼モデルが液滴燃焼量を約30%以内の誤差で評価できることを示した。
大野 修司; 大島 宏之; 田嶋 雄次*; 大木 裕*
Proceedings of 19th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-19) (CD-ROM), 10 Pages, 2011/10
高速炉プラントで想定されるナトリウム漏えい燃焼事象に関して、その熱影響を評価する解析コードの系統的な検証・妥当性確認を開始した。ナトリウム燃焼解析コードSPHINCS及びAQUA-SFを主対象として、重要現象を同定するPIRTを作成するとともに、評価マトリクスを展開することによって妥当性確認に使用する試験データを明らかにした。さらに、液滴燃焼に関する個別効果試験の解析を行い、計算モデルがおおむね30%以下の誤差で落下液滴の燃焼量を予測できることを示した。
山口 彰; 田嶋 雄次*
Journal of Nuclear Science and Technology, 40(2), p.93 - 103, 2003/12
被引用回数：14 パーセンタイル：66.94(Nuclear Science & Technology)None
山口 彰; 田嶋 雄次*
JNC TN9400 2001-070, 67 Pages, 2001/07
JNC-TN9400-2001-070.pdf:1.81MB
液体金属ナトリウム燃焼は伝熱・流動、物質伝達、化学反応、エアロゾルの挙動が相互に関連する複合現象である。本研究では、ナトリウムプール燃焼時のこららの複合現象を解析する新しい手法を開発した。この手法では熱流動場を求めるために境界層近似を用いている。化学反応の定量化にはGibbsの自由エネルギー極小化法を用いている。化学反応と伝熱流動、物質伝達を反復的に解いており、同時にふく射伝熱と反応によって生成されるエアロゾルの挙動も解いている。既往のナトリウムプール燃焼実験結果と数値シミュレーションの結果を比較した結果、両者は良好に一致した。プール燃焼時の燃焼率、火災温度、火災高さ、プール中のナトリウム温度に関する実験結果を矛盾無く説明できる。特に、実験において観察されたプール温度がある温度よりも上昇しないという事実を数値解析によって伝熱メカニズムを調べることによって説明した。実験では、プール温度を1003K(730
)以上に維持することはできず、このことは他の熱源がなければプール下のライナの温度もこれ以上には上昇し得ないことを示している。すなわち、このような特徴は飽和蒸気圧の低いナトリウム燃焼の固有の特徴であり、燃焼を抑制するフィールドバックが作用すると結論できる。今後の課題として、ふく射伝熱に影響するエアロゾルの光学的特性の測定、境界層内部での微視的な温度や濃度分布の測定が望まれる。なお、初生エアロゾルの粒径分布に関しては、文献調査等により、個数基準中央半径で0.1um、幾何標準偏差は2.0が適切であるとの結論を得た。
山口 彰; 田嶋 雄次*
JNC TN9400 99-087, 54 Pages, 1999/11
高速炉のナトリウム燃焼安全評価プログラムSPHINCS(Sodium fire PHenomena IN multi-Cell System)は多室により構成される原子力施設内の燃焼と物質やエネルギーの移流・拡散を解く手法である。SPHINCSのスプレイ燃焼モデル検証と、液滴の着火現象と着火限界について考察することを本研究の目的とする。SPHINCSのスプレイ燃焼のモデルに従えば、液滴温度が高いほど、また液滴径が小さいほど着火しやすい。一方、液滴径と初期温度をパラメータとした静止液滴の着火実験によれば、250のときにはいずれの液滴径でも着火せず、350のときには全ての直径の液滴が着火した。ところが、300ではもっとも小さい直径2mmの液滴は着火せず、3.7mmと4.5mmの液滴は着火した。この現象は既存のモデルでは説明できない。上記のナトリウム液滴の着火現象を解析するために、本研究では表面反応のモデルを提案した。そのモデルを用いて静止液滴の燃焼実験を解析し、着火現象に着目して液滴燃焼と表面反応のモデルの妥当性について考察した。その結果、液滴の初期温度と自発着火限界や着火遅れ時間の関係、水蒸気の影響などに関する実験結果を再現できることを示した。本解析により液滴の着火に至る過程が説明され、モデルの妥当性が概ね確認されたと言える。高速炉の安全評価の観点からは、単一液滴の着火過程、燃焼量評価、スプレイ燃焼影響の評価に至るまで、これまでの研究によりSPHINCSのスプレイ燃焼モデルの検証はなされた。現象論的には、表面反応速度定数の測定、液滴の着火温度と燃焼速度に及ぼす周囲雰囲気の影響の検証データ取得が望まれ、それにより解析コード群の定量的な精度評価と安全解析の確度を示すことが可能になると考えられる。さらに、スプレイ燃焼については現状の評価が燃焼量を過大に評価すると考えられ、液滴群の直径分布関数の妥当性評価、複数液滴が燃焼するときの相互作用の評価方法の確立が研究課題である。
山口 彰; 田嶋 雄次*
JNC TN9400 99-059, 64 Pages, 1999/06
高速炉のナトリウム燃焼安全評価のため、SPHINCS(Sodium fire PHenomena IN multi-Cell System)コードを開発している。本報告書には、SPHINCSのスプレイ燃焼モデルについて詳述するとともに、スプレイ燃焼モデルの検証のため、単一液滴燃焼実験の解析を行った。また、実験結果と解析結果の比較に関する考察を踏まえてスプレイ燃焼評価モデル確立のための課題を整理した。SPHINCSのスプレイ燃焼モデルは、液滴群の直径の分布として抜山-棚沢分布を仮定している。スプレイ燃焼量はスプレイを構成する個々の液滴燃焼量の総和として求められる。単一液滴の燃焼モデルはD2則に基づく拡散燃焼モデルである。また、強制対流により液滴周囲の火災帯が球対称でなくなり、蒸発速度が増加する効果を考慮している。液滴が着火するまでは、移流拡散による気体のフラックスから反応量を評価する。反応生成物に関しては、化学平衡理論によりナトリウム-酸素-水蒸気系での反応割合を定量化している。落下液滴の運動方程式では、重力と抗力を考慮しており、液滴レイノルズ数に依存する球体の抗力係数の実験値を用いて液滴位置と速度を求めている。温度500、直径3.8mmの液滴を2.7mの高さからナトリウム液滴を自由落下させて燃焼量を測定した実験の解析を行った。解析の結果、液滴の着火温度を実験観察結果より決定すれば、液滴燃焼量の予測値は実験結果と良好に一致することを確認した。スプレイ燃焼に関しては、液滴の着火温度の評価と着火に至る過程の解明、液滴群の直径分布関数の妥当性確認、群燃焼モデルの評価方法の確立が今後の研究開発課題である。
山口 彰; 田嶋 雄次*
PNC TN9410 98-070, 51 Pages, 1998/04
高速炉のナトリウム燃焼安全評価のため、SPHINCS(Sodium fire PHenomena IN multi-Cell System)コードを開発している。SPHINCSコードでは、床上のナトリウムプールや鋼製床ライナを多次元でモデル化したこと、プールの拡がり挙動を質量保存則に基づいてモデル化したこと、燃焼反応に化学平衡モデルを用いていること等により、特に小規模から中規模の漏えい時のライナ温度分布を詳細に解析することができる。本研究では、SPHINCSコードの検証のため、小漏えい(毎時11.8kg)時のナトリウムプール燃焼実験(Run-F7)の検証解析を実施した。この実験ではナトリウムプールの直径はおよそ60cmであり、ライナの最高温度は616
Cであった。解析の結果、ライナ温度の上昇、プールの拡がり速度、ライナ温度分布が実験結果と一致することを確認した。また、ガス温度も実験結果を良好に予測することを示した。本研究によりSPHINCSコードのプール燃焼挙動に関するモデルが検証され、もんじゅのナトリウム小漏えい時のプール燃焼評価、ライナ温度評価に適用できることを確認した。今後も、引き続き実施される予定の小漏えい実験の検証解析を行なうとともに、高速炉の安全評価に適用する計画である。
山口 彰*; 田嶋 雄次*
PNC TN9410 89-029, 107 Pages, 1989/04
ループ型高速炉プラント動特性解析コードSSC-Lとループ型高速炉プラント動特性解析コードSSC-PのIHX(中間熱交換器)モデルとDRACS(直接炉心冷却系)モデルについて実証炉の仕様に合致する改良及び組み込みを行った。本作業により実証炉の各種事象解析が可能となった。実証炉の設計仕様によれば伝熱管内が1次系、胴側が2次系のIHXが採用されているが、現状のSSC-L及びSSC-Pでは伝熱管内が2次系、胴側が1次系としてモデル化されている。そこで今回管内1次、胴側2次のモデルわ作成しSSC-L及びSSC-Pに組み込んだ。同様に実証炉の設計仕様によればDRACSモデルは浸漬型が有望視されている。現状のSSC-Lは貫通型であるため、今回これを改造して浸漬型のモデルをSSC-L及びSSC-Pに組み込んだ。SSC-Lには、炉心上部プレナムにDRACS熱交換器を浸漬したモデル、SSC-Pにはホットプール及びIHX入口プレナムにそれぞれDRACS熱交換器を浸漬した2モデルを組み込んだ。(後者を特にPRACSと呼ぶ)なお今回作成した新モデルと従来の旧モデルは入力オプションにより選択が可能である。
山口 彰*; 田嶋 雄次*
PNC TN9410 88-155, 83 Pages, 1988/12
(目的)プール型高速増殖炉プラントシステムコードSSC―Pの改良・整備を実施し,実機安全評価に対するコードの適用性の向上をはかる。(方法)ループ型高速炉システムコードSSC―Lのために開発してきた解析モデルや改良などの成果をSSC―Pに移植する。さらにプール型大型炉の設計パラメータを暫定的に定めて自然循瞭解析と炉内配管破損事故解析を実施する。(結果)SSC―Lの解折モデルのほとんどをSSC―Pに移植した。その結果,SSC―Pの解析モデルの高度化が達成され,SSC―Pによってプール型炉についてもループ型炉と同程度の詳細度で安全評価解析を実施できるようになった。また,集合体間熱移行モデルなどの移植したモデルを用いて自然循環解析と炉内配管破損事故解析を実施した結果,物理的に妥当な解が得られ,基本的な解析機能が確認された。(結論)SSC―Pの基本性能と実機プラントの安全解析に対する適用性が確証された。実機の安全解析に広く適用していくこととコードの総合的検証が今後の課題である。
大野 修司; 大島 宏之; 田嶋 雄次*; 大木 裕*
no journal, ,
実用化高速炉JSFRの安全性確認・評価への適用に向けて、ナトリウム漏えい燃焼時の熱影響評価に使用する解析コードについて系統的な検証と妥当性確認を開始した。ナトリウム燃焼解析コードで扱うべき重要現象の同定から解析結果の妥当性確認までの一連の検討・評価に関して、基本方針と現状を報告する。
大野 修司; 大島 宏之; 田嶋 雄次*
no journal, ,
高速炉の安全性評価への適用に向けてナトリウム漏えい燃焼解析コードの検証と妥当性確認を進めている。本報では、重要現象の一つであるスプレイ燃焼挙動に着目し、単一ナトリウム液滴の空気中燃焼を測定した個別効果試験のデータによって解析モデルの妥当性を確認した結果について報告する。
大野 修司; 田嶋 雄次*; 大木 裕*; 大島 宏之
no journal, ,
高速炉の安全性検討に使用するナトリウム燃焼解析コードを対象として、その信頼性と精度を系統的に示すための検証と妥当性確認(V&V)に関する活動を進めている。本件では、おもにゾーンモデルに基づくSPHINCSコード及びフィールドモデルコードAQUA-SFに焦点を当てて、V&V計画と現状を報告する。
大野 修司; 高田 孝; 田嶋 雄次*
no journal, ,
ナトリウム冷却高速炉の安全性向上へ資するために、ナトリウム燃焼解析評価手法の高度化及び妥当性確認を進めている。本報では、開口部でつながる2つの部屋の一方でプール燃焼が生じた場合の熱影響に着目して実施したナトリウム燃焼試験及び多セル燃焼影響解析コードSPHINCSによる解析結果を示す。
