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論文

Study on premixing phase of steam explosion at JAERI

山野 憲洋; 森山 清史; 丸山 結; H.Park*; Y.Yang*; 杉本 純

Nucl. Eng. Des., 189(1-3), p.205 - 221, 1999/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:29.56(Nuclear Science & Technology)

原研のALPHA計画において、溶融物ジェットの分散及び細粒化について調べるための実験(MJB実験)を行った。最初の2回の実験で鉛-ビスマス共晶合金の溶融物ジェットを飽和温度の深い水プールに落下させ、水蒸気発生率を計測して高速度カメラによる観測と比較検討した。また、ジェットの分散長とデブリの粒径分布を調べた。さらに、ALPHA計画では水蒸気爆発過程のシミュレーションのために数値解析コードJASMINEを開発している。コードに組み込んだ溶融物のジェット及び粒子の分散モデルの有効性を調べるため、MJB実験及びイタリアで行われたFARO実験の解析を行った。

報告書

The Premixing and propagation phases of fuel-coolant interactions; A Review of recent experimental studies and code developments

A.R.Antariksawan*; 森山 清史; H.Park*; 丸山 結; Y.Yang*; 杉本 純

JAERI-Review 98-012, 66 Pages, 1998/09

JAERI-Review-98-012.pdf:3.36MB

蒸気爆発とは、高温液体(燃料)が低温の揮発性液体(冷却材)にその内部エネルギーを与え、低温液が急速に蒸発して高圧を発生し、周囲に仕事を与える過程である。蒸気爆発は従来から4段階の過程、すなわち初期粗混合、トリガリング、伝播及び膨張の過程から成ると考えられており、20年以上の間研究が行われて来たが、基礎的物理の未解明な部分が残されており、研究が継続されている。本報告は、初期粗混合及び伝播過程に関する最近の研究についての情報を収集したものである。実験では実燃料を用いた大規模なもの(~150kg)に重点が置かれている。解析コードの検証のため、固体粒子を用い境界条件を明解にした単純な体系の実験も行われている。解析コードは一般に多相・多次元のより洗練されたものになっているが、物理モデルの不十分な部分があり、更に改良を要する。

報告書

Design and first integral test of MUSE facility in ALPHA program

H.Park*; 山野 憲洋; 丸山 結; 森山 清史; 工藤 保; Y.Yang.*; 杉本 純

JAERI-Tech 98-007, 62 Pages, 1998/03

JAERI-Tech-98-007.pdf:2.44MB

蒸気爆発(水蒸気爆発あるいは激しい燃料-冷却材相互作用)は、高温の液体が周囲の低温かつ揮発性の液体に接触するときに、瞬時に内部エネルギーを放出する現象である。この急速な伝熱により、蒸気の膨張による時間に比べてごく短時間に多量の蒸気が発生し、このため化学的な爆発と同じように局所的な高圧の発生、それにつづく膨張により周囲に被害をもたらすことがある。蒸気爆発による機械的エネルギーの発生は、高温液と低温液が接触したときに生じる初期粗混合条件に強く依存することが知られている。したがって、多様な接触モード(溶融物投下、層状、冷却材注入及び溶融物注入)における蒸気爆発について、同一の装置を用いてエネルギー変換率を測定し、これにより機構論的な解析モデルを評価するためのデータを取得する実験計画を新たに開始した。本法では、MUSE(多様な形状における水蒸気爆発)と呼ばれる新たな装置と、最初の実験結果を詳細に報告する。

論文

Study on premixing phase of steam explosion of JAERI

山野 憲洋; 森山 清史; 丸山 結; H.Park*; Y.Yang*; 杉本 純

JAERI-Conf 97-011, p.447 - 466, 1998/01

シビアアクシデント時に発生し得る水蒸気爆発の初期条件である粗混合状態を知るためには、溶融物ジェットの分散と細粒化を調べる必要がある。そこで、原研ではALPHA計画において、ジェット分散実験を開始した。現在までに鉛ビスマス合金を飽和水中に落下する実験を2回行い、背後から照明をあてジェットの分裂挙動を高速度カメラで撮影するとともに、水蒸気発生量の時間変化を測定して映像と関連づけた。実験後にはデブリを回収して、その粒子径分布や形状を調べた。この実験を、原研で開発中のJASMINEコードにKelvin-Helmholtz不安定性に基づくジェットの分裂モデルを入れて解析したところ、ジェットの沈降速度を測定より遅く予測した。また、水蒸気発生量の予測値は水プール内の初期水温分布に強く依存することが示され、実験において計測を強化する必要があることが明らかになった。

論文

Penetration of isothermal plunging jet into denser liquid

H.Park*; 山野 憲洋; 森山 清史; 丸山 結; Y.Yang*; A.R.Antariksawan*; 杉本 純; 藤井 貞夫*

Proc. of 4th KSME-JSME Fluids Engineering Conf., p.581 - 584, 1998/00

等温非沸騰での液体ジェットの液体プールへの貫入挙動を実験及び数値解析により調べた。実験では、直径10mm、流入速度3~9m/sの水ジェットを、2D及び3D形状の水、フロリナート、アナトミカル合金のプールに注入した。プールの深さは150~200mm、ジェットとプールの密度比は1~9.4である。ジェットのプール表面への衝突、貫入により空洞が形成され、底部ではジェット及び巻き込まれた空気が水平方向に拡がる様子が観察された。また、空気とプール液体の界面で不安定波が見られた。CIP法に基づく数値解析モデルでこのような挙動を再現できた。ジェットの貫入深さについて、実験結果からFroud数と密度比を用いた相関式を得た。

論文

Study on energetic fuel-coolant interaction in the coolant injection mode of contact

H.Park*; 山野 憲洋; 丸山 結; 森山 清史; Y.Yang*; 杉本 純

Proc. of 6th Int. Conf. on Nucl. Eng. (ICONE-6) (CD-ROM), 12 Pages, 1998/00

冷却材注入(CI)モードの溶融物冷却材相互作用(FCI)実験を7ケース行い、冷却材のサブクール度がFCIの強さに及ぼす影響を調べた。FCIによる機械的エネルギー放出量は冷却材サブクール度を2Kから45Kまで増加させたとき、ほぼ0から0.6kJまで増加する傾向を示した。エネルギー変換率もこれとともに増加し、また、デブリの平均粒径は減少した。冷却材をスプレー状にして注入した場合、FCIのエネルギーは小さかった。冷却材のサブクール度が大きい場合ジェットは溶融物により深く貫入し、良好な粗混合条件を作り、強いFCIをもたらすと考えられる。非沸騰・等温系で行った可視化実験から得られた相関式により評価すると、実験では冷却材ジェットが溶融物層の底に着いた後、さらに残った運動量により溶融物と冷却材の混合が促進されたと考えられる。

論文

Interaction between high speed water jet and quiescent high temperature melt pool

H.Park*; 山野 憲洋; 丸山 結; 森山 清史; Y.Yang*; 杉本 純

Proceedings of 1st Korea-Japan Symp. on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS 98), 8 Pages, 1998/00

冷却材と高温溶融物とのさまざまな接触形態における溶融炉心/冷却材相互作用(FCI)を明らかにするために、原研の事故時格納容器挙動試験(ALPHA)計画においてMUSE実験を実施している。MUSE実験の最初のシリーズでは、テルミット反応により生成した高温溶融物上に冷却材としての水をジェット状に衝突させる実験及び両者を層状に接触させる実験を行った。FCIにより発生する機械的エネルギーを正確に計測することにより、FCIに及ぼす水ジェットのサブクール度、ジェットの速度、ジェットの形状及び系の拘束条件の影響を検討した。系の拘束条件が弱い場合には、水のサブクールの増加とともに発生機械的エネルギーが大きくなり、拘束条件が強い場合には、逆に機械的エネルギーが減少することが観測された。また、ジェットの速度が大きくなると、機械的エネルギーが増加した。これらの結果は、実験における水と高温溶融物との接触形態では、水ジェットの浸入と分散挙動が両液体の混合状態に影響し、FCIにおいて重要な役割を果たすことを示唆している。

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