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論文

Numerical study on influence of Ohnesorge number and Reynolds number on the jet breakup behavior using the lattice Boltzmann method

岩澤 譲*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 金川 哲也*; 齋藤 慎平*; 松尾 英治*; 海老原 健一; 坂場 弘*; 小山 和也*; 成合 英樹*

Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 7 Pages, 2015/05

高速炉の炉心溶融事故時における事故後冷却性評価のために、冷却材中にジェット状に射出された溶融燃料の微粒化挙動を詳細に把握することが望まれている。本研究では、粘性がジェット挙動に与える影響を調べるために、3次元二相流体格子ボルツマンモデルを用いたジェット挙動の数値シミュレーションを行い、結果をオーネゾルゲ数とレイノルズ数で整理した。結果として、ジェット挙動の評価には、ジェットの粘性と同様に冷却材の粘性の影響も考慮する必要があることを示した。

論文

Influence of fragmentation on jet breakup behaviour

岩澤 譲*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 黒田 泰平*; 松尾 英治*; 海老原 健一; 坂場 弘*; 小山 和也*; 伊藤 和宏*; 成合 英樹*

Proceedings of 15th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-15) (USB Flash Drive), 12 Pages, 2013/05

高速増殖炉の安全な設計において、炉心崩壊事故が起きることを想定した場合、ナトリウム冷却材による炉心溶融物の固化及び除熱が強く要求される。溶融物ジェットの固化挙動を評価するには、炉心溶融物と冷却材との相互作用を詳細に理解する必要がある。本研究では、炉心溶融物を模擬した溶融金属及び透明流体を、冷却材を模擬した水に射出した実験において、両模擬部物質のジェットブレイクアップ挙動を高速度ビデオカメラで観察し、既存の理論との比較した。さらに、二相流体格子ボルツマン法を用いた液体ジェットのシミュレーションにより定性的なジェット挙動を再現した。

論文

Ultrahigh CHF prediction for subcooled flow boiling based on homogenous nucleation mechanism

Liu, W.; 成合 英樹*

Journal of Heat Transfer, 127(2), p.149 - 158, 2005/02

 被引用回数:9 パーセンタイル:41.85(Thermodynamics)

サブクール沸騰流動系において、極めて高圧や高流速条件での限界熱流束では、壁面温度が均質核生成温度を超えることがあるため、壁面上の蒸気膜形成が均質核生成により行われる可能性を指摘し、均質核生成の発生に判定基準を提案した。この判定基準に基づき、限界熱流束データの分類を行った。極めて高圧や高流速条件での限界熱流束に対して、均質核生成メカニズムに基づき、機構論的なモデルを作成した。このモデルを実験データで検証し、よい精度で限界熱流束を予測できることがわかった。

報告書

シビアアクシデントの伝熱流動現象における素過程に関する研究; 急速相変化と界面挙動, 原子力基礎研究 H10-027-1 (委託研究)

成合 英樹*

JAERI-Tech 2002-009, 60 Pages, 2002/03

JAERI-Tech-2002-009.pdf:7.73MB

本研究は、シビアアクシデント事象の伝熱流動過程のうち現象が最も不確定な素過程である溶融炉心冷却と凝固や蒸気爆発の事象解明を目的に、急速相変化と界面挙動について実験と解析により検討した。そのためにまず、各物性値と蒸気爆発や溶融凝固挙動との関連検討や支配的要因の摘出を行った。次に、自発的蒸気爆発における両液直接接触時の界面での高温融体側の挙動と水の急激な沸騰挙動の観察を行い、物性値の違いが界面挙動に及ぼす影響を調べるとともに、両液直接接触時の界面挙動のモデル化を行った。最終的に、圧力波発生装置を用いて単一溶融液滴に外部圧力波をあて、強制的に蒸気膜を崩壊させることによって、直接接触から微粒化に至る条件を明らかにした。本実験で得られた知見を実炉規模での大規模蒸気爆発実験に適用した結果、酸化ウランは水中において蒸気膜が崩壊したとしても、溶融物表面は固化し固液接触となる可能性が高く、酸化ウランを使用する軽水炉の場合、実炉で想定される事故シーケンスにおいては蒸気爆発の発生する可能性が低いことが示された。ただし、金属成分の混入による凝固温度の低下や溶融炉心温度の上昇には注意を要する。

論文

Study of critical heat flux mechanism in flow boiling using bubble crowding model; Application to CHF in short tube and in tube with twisted tape under non-uniform heating conditions

木下 秀孝; 成合 英樹*; 稲坂 富士夫*

JSME International Journal, Series B, 44(1), p.81 - 89, 2001/01

水の管内強制流動サブクール沸騰限界熱流束を機構論的モデルの観点から検討を行った。気泡観察及び予備実験の結果、Weisman-Peiの気泡充満モデルが短管及び非均一加熱条件ねじりテープ挿入管の予測に適していると確認した。オリジナルのWeisman-Peiモデルを限界熱流束の物理的機構を表せるように改良した。新しいモデルは非常に短い管を含むストレート管と均一及び非均一加熱条件でのねじりテープ挿入管の限界熱流束を精度良く予測した。

論文

プール水中への高温高圧水放出に伴う圧力振動現象

楠 剛; 伊藤 俊雄*; 成合 英樹*

日本機械学会2000年度年次大会講演論文集, p.645 - 646, 2000/08

原子炉の受動的な安全設備として検討されている水張格納容器では、高温高圧の一次冷却材がプール水中に放出され、減圧沸騰による蒸発とプール水との直接接触による凝縮に起因した圧力振動を発生する。この圧力振動現象は、蒸気凝縮現象のバブリング、チャギング、凝縮振動(CO)等に対応されて考えることができる。フラッシング振動は、チャギリングに相当する。蒸気の供給よりも凝縮の効果が大きく、オリフィス出口部で形成された蒸気泡が完全に凝縮する。フラッシングは、COに相当する。蒸気の供給が凝縮の効果を上回り、オリフィス出口部で形成された蒸気泡の凝縮は不完全となる。フラッシング振動領域では、一次側が飽和状態の場合、プール側からの圧力波の伝播に伴い、配管内で蒸気の発生と凝縮に起因すると推定される大きな圧力変動が生じる場合がある。

論文

シビアアクシデントに関する熱流動研究の最近の動向

成合 英樹*; 杉山 憲一郎*; 片岡 勲*; 三島 嘉一郎*; 菊地 義弘*; 門出 政則*; 杉本 純; 山野 憲洋; 日高 昭秀; 長坂 秀雄*; et al.

日本原子力学会誌, 39(9), p.739 - 752, 1997/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:13.16(Nuclear Science & Technology)

シビアアクシデント時の熱流動は、冷却材喪失事故(LOCA)などに見られる蒸気・水二相流現象に比べ、炉心の大幅な損傷や溶融が伴うことから、溶融炉心と冷却材の相互作用、溶融炉心とコンクリートの反応、水蒸気雰囲気中での核分裂生成物(FP,Fission Product)ガスやエアロゾル、可燃性ガス(水素)の一次系や格納容器内での挙動など、一般に多成分・多相流が関与するとともに、現象として極めて複雑・多様であることに大きな特徴がある。本稿では、重要なシビアアクシデント過程、及び主要な熱流動挙動について概説するとともに、圧力容器内の蒸気爆発、格納容器内の蒸気爆発、エアロゾル挙動、及び解析コードについて、熱流動の観点から詳述している。

口頭

高速増殖炉の炉心溶融事故後冷却挙動の研究,23; 格子ボルツマン法を用いた液体ジェットのブレイクアップ挙動解析

岩澤 譲*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 齋藤 慎平*; 松尾 英治*; 海老原 健一; 坂場 弘*; 小山 和也*; 成合 英樹*

no journal, , 

高速増殖炉の炉心崩壊事故時、溶融炉心の一部が冷却材中にジェット状に射出される可能性があることから、その適切な冷却のため、溶融ジェットが到達する長さであるジェットブレイクアップ長さの予測が重要になる。これまで、模擬実験との比較により一成分二相の3次元格子ボルツマンモデルの液体ジェット挙動への適用性が検討されているが、シミュレーションでは考慮していない空気巻き込みがある実験と比較している。今回は、空気巻き込みのない模擬実験結果とシミュレーション結果を比較し、液体ジェットのブレイクアップメカニズムを検討した。結果として、格子ボルツマンモデルは、空気巻き込みのない液体ジェット射出結果をよく再現し、ブレイクアップ長さに関する無次元数は、実験値とほぼ同様の値となった。シミュレーションによる速度分布の算出結果から、ジェット先端での渦がブレイクアップを促進することが確認された。

口頭

高速増殖炉の炉心溶融事故後冷却挙動の研究,27; 液中ジェットブレイクアップ挙動に及ぼす粘性の影響の格子ボルツマン法による数値的考察

岩澤 譲*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 金川 哲也*; 齋藤 慎平*; 松尾 英治*; 海老原 健一; 坂場 弘*; 小山 和也*; 成合 英樹*

no journal, , 

高速増殖炉の炉心溶融事故に対する事故後冷却性評価において、冷却材中にジェット状に射出された溶融燃料の微粒化の過程を詳細に把握することが望まれている。ジェット側面からの剥ぎ取りによる微粒化物の生成がジェットブレイクアップにおいて支配的となる条件を明らかにするため、実験でジェット相の粘性の影響が調べられている。しかし、冷却相の粘性がジェット挙動に与える影響については未だ調べられていない。そこで、3次元二相流体格子ボルツマンモデルによるジェット挙動の数値シミュレーションによって冷却相の粘性がジェット挙動に及ぼす影響を考察し、その結果、冷却相の粘性が小さくなるとジェットの微粒化が活発となることが分かった。このことから、実機条件におけるジェット挙動の評価には粘性比を合せることが必要と考えられる。

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