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報告書

粒子法による気-液ジェット界面積濃度モデル評価作業

堀江 英樹*; 山本 雄一*; 大上 雅哉*; 白川 典幸*

JNC-TJ9400 2005-007, 135 Pages, 2004/02

JNC-TJ9400-2005-007.pdf:7.19MB

液体ナトリウムを熱媒体としている蒸気発生器は、胴側を液体ナトリウムが伝熱管側を水または水蒸気が流れている。伝熱管の損傷等により、水または水蒸気が胴側へリークした場合、蒸気発生器内部でナトリウム-水反応が発生し機器の健全性に重要な影響を与える。この現象は非常に非線形性の強い混相流体系であり、数値的に本現象を評価するためには気液界面(界面積濃度)の評価が重要となる。なお、一般に伝熱管側が高圧条件となるためリークした水または水蒸気はジェット状でナトリウム液中に広がることが予想される。本件では、大規模な気液界面の変動を数値解析的に評価できる粒子法を用い、これまでに開発した液-液ジェット体系での買い面積濃度モデル構築方法を、より実現象に近い気-液ジェット体系に適用し、その妥当性を検討した。その際、化学反応による水蒸気と発生ガスのモル数変化を考慮した解析、および単一の管が存在する場合の相関式への効果を検討するための解析も実施した。

報告書

粒子法を用いたNa-水反応界面積相関式モデルの高度化

白川 典幸*; 山本 雄一*; 堀江 英樹*

JNC-TJ9400 2005-005, 103 Pages, 2003/02

JNC-TJ9400-2005-005.pdf:6.41MB

液体ナトリウムを熱媒体としている蒸気発生器は、胴側を液体ナトリウムが、伝熱管側を水または水蒸気が流れている。伝熱管の損傷等により、水または水蒸気が胴側へリークした場合、蒸気発生器内部でナトリウム-水反応が発生し機器の健全性に重要な影響を与える。この現象は非常に非線形性の強い混相流体系であり、数値的に本現象を評価するためには気液の接触面積(界面積濃度)の評価が重要となる。なお、一般に伝熱管側が高圧条件となるためリークした水または水蒸気はジェット状でナトリウム液中に広がることが予想される。これまで、微視的・直接的な流動解析手法である粒子法を用いて、多相・多成分・反応性流体の挙動に対する機構論的解析手法を開発し、流動様式・界面濃度に関する評価解析を実施した。さらに、粒子法による解析結果から液-液ジェットにおける界面積濃度相関式を作成した。本件では、粒子法を用い気液界面積濃度相関式についてモデル化を検討することを目的とし、液-液ジェットを用いたモデルの高精度化を実施した。また、粒子法を用いた気-液ジェットの数値解析を実施し、気-液体系でのジェット挙動について検討した。

報告書

粒子法によるNa-水反応流動評価作業

白川 典幸*; 堀江 英樹*; 山本 雄一*

JNC-TJ9400 2005-006, 183 Pages, 2002/02

JNC-TJ9400-2005-006.pdf:10.61MB

ナトリウム(以下Na)-水反応に代表される事故事象が高速炉を構成する機器に及ぼす影響を伝熱流動に基づく数値実験により評価するためには、Na-水反応の発生箇所のみならず、反応を生じている機器全体を解析対象とする必要がある。そのためには、相変化・化学反応を伴う多相・多成分の反応性流体の挙動を適切にモデル化し、数値解析コードに組み込む必要がある。 反応性流体における相変化量・化学反応量は、反応を生じる界面の面積に依存しており、その面積は界面の形状により大きく変化する。しかしNa-水反応における界面挙動に関する実験的な知見は、これまでのところ得られていない。本件は、微視的・直接的な流動解析手法である粒子法を用いて、多相・多成分・反応性流体の挙動に対する機構論的解析手法を開発し、流動様式・界面濃度に関する解析評価手法を開発することを目的としている。 本件では、次に示す作業を実施した。1) 流動解析コードへの結合形態の検討2) 界面面積の相関性評価式の導出3) 界面面積の漏洩条件依存性評価4) スラグ流における界面面積の検討

口頭

液体水素の強制流動下における過渡熱伝達

達本 衡輝; 白井 康之*; 塩津 正博*; 堀江 裕輝*; 米田 和也*; 松澤 崇之*; 小林 弘明*; 成尾 芳博*; 稲谷 芳文*

no journal, , 

直接強制冷却方式のCICC(ケーブルインコンジット)超伝導導体内における液体水素の冷却安定性を評価するために、内径8mm、全長が120mmの流路の中心軸上に設置した 直径1.2mm、加熱長さ120mmのPtCo製ワイヤヒーターを用いて、指数関数状に連続に加熱した場合のサブクール液体水素の強制流動下における過渡熱伝達特性を測定した。流速は0.8m/sから5.6m/sまで変化させた。加熱速度がゆっくりの場合、非沸騰域の熱伝達は、Dittus-Boelter式の予測値とよく一致した。加熱速度が速くなると、過渡熱伝導の寄与が大きくなり、Dittus-Boelter式より大きくなった。同じ加熱速度の場合、流速が速い方が、熱伝導の影響は小さくなった。この熱伝導の影響が現れる加熱速度は、流速が速いほど、速くなった。一方、核沸騰熱伝達域では、加熱速度の影響はほとんどないが、DNB(Departure from Nucleate Boiling)熱流束は、加熱速度が速くなるにつれて大きくなった。過渡状態におけるDNB熱流束は、定常DNB熱流束からの上昇分として整理することができ、流速に依存せず、加熱速度の関数で表されることがわかった。

口頭

強制対流下におけるサブクール液体水素の過渡熱伝達特性

達本 衡輝; 白井 康之*; 塩津 正博*; 堀江 裕輝*; 米田 和也*; 松澤 崇之*; 小林 弘明*; 成尾 芳博*; 稲谷 芳文*

no journal, , 

直接強制冷却方式のCICC(ケーブルインコンジット)超伝導導体内における液体水素の冷却安定性を評価するために、内径8mm、全長が120mmの流路の中心軸上に設置した直径1.2mm、加熱長さ120mmのPtCo製ワイヤヒーターを用いて、指数関数状に連続に加熱した場合のサブクール液体水素の強制流動下における定常および過渡熱伝達特性を圧力0.4MPaおよび0.7MPa、液温21Kの条件下で測定した。流速は0.4m/sから5.5m/sまで変化させた。定常限界熱流束(CHF)は、流速が速い方が大きくなるが、流速条件が1m/sを境にCHFの流速依存性が変化することがわかった。一方、加熱速度が速くなると、核沸騰熱伝達域では、加熱速度の影響はほとんどないが、過渡CHFは、加熱速度が速くなるにつれて大きくなり、液体窒素で報告されているような膜沸騰直接遷移現象による過渡CHFの低下は液体水素の場合ないことがわかった。また、過渡状態におけるCHFは、定常CHFからの上昇分として整理することができ、流速および圧力に依存せず、加熱速度の関数で表されることがわかった。

口頭

サブクール液体水素の強制流動下における流路中心垂直発熱線におけるDNB熱流束

達本 衡輝; 白井 康之*; 塩津 正博*; 堀江 裕輝*; 米田 和也*; 松澤 崇之*; 小林 弘明*; 成尾 芳博*; 稲谷 芳文*; 茂田 宏樹*; et al.

no journal, , 

ケーブルインコジット導体(CICC)のような直接冷却方式の超伝導導体内の冷却特性を解明するために、円管流路内の中心軸上にPtCo製の直径1.2mm、長さ60mmから200mmのワイヤ発熱体を用いて、サブクール液体水素の強制流動下における核沸騰限界熱流束を測定した。圧力条件は0.4MPaから臨界圧力よりわずかに低い1.1MPaまでとし、流速をパラメータとして16m/sの範囲まで変化させた。非沸騰域の熱伝達はDittus-Boelter式で予測される値と一致したが、流速が遅い領域では層流と自然対流の影響のため、実験結果は従来の相関式より大きくなった。核沸騰熱伝達は同一圧力条件下では流速に依存しないが、圧力が高くなるにつれて向上した。強制対流下での核沸騰の限界値であるDNB熱流束は円管の場合と同様に低流速域では流速に比例し、高流速域側では、その増加傾向は小さくなった。このしきい値とDNB熱流束の流速依存性はウェーバー数(We)で整理でき、代表長さに加熱等価直径を用いることにより、既に円管で導出したDNB熱流束相関式で実験結果を記述できることを確認した。

口頭

BWR炉心安全性向上のためのSiC材料適用に向けた研究開発,3; SiC被覆管燃料炉心のRIA解析評価

堀江 英樹*; 武内 豊*; 垣内 一雄*; 佐藤 寿樹*; 白数 訓子; 齋藤 裕明; 山下 真一郎; 深堀 智生

no journal, , 

SiCを被覆管に適用した燃料挙動を現行のZry被覆管燃料と比較し、事故耐性燃料開発における課題を整理・検討した。前報(1)において、プラント過渡安全解析コードTRACTTMを用いた過渡挙動評価の結果を、燃料棒ふるまい解析コードFEMAXIの被覆管表面における熱水力境界条件として与えることで、プラントの熱水力挙動と燃料棒の機械挙動を連携して解析評価する手法を開発し、LOCA等での解析結果を報告した。本報では、反応度投入事故(RIA)を対象に評価した。

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