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山下 晋; 高瀬 和之
第19回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集, p.153 - 156, 2014/06
福島第一原子力発電所事故では、全交流電源喪失による炉心冷却システムの停止によって、原子炉内に設置されている燃料集合体が高温になり、その結果発生した燃料溶融が次第に拡大し、炉心の崩落を引き起こしたと考えられる。このような炉心溶融事象の進展を明らかにすることで現在の原子炉の状況を推定するとともに、今後のアクシデントマネージメント等を検討するためには、炉心溶融による溶融物の凝固や移行挙動を機構論的に予測できる数値解析コードが必要である。そこで原子力機構では、数値流体力学的手法に基づいた、現象論的な溶融物挙動の評価を可能とする数値解析手法(JUPITER)を開発している。これまでに、固・気・液3相に対して、1種類の構造物及び1種類の気体を扱う2成分流体解析手法を用いた溶融物の移行挙動解析を行ったが、構造物に対して1成分のみであるため、崩壊熱を有する燃料物質とそれを持たない構造物を区別できないという解析機能上の問題があった。本報では、崩壊熱を有する燃料物質及びそれを持たない構造物を区別して溶融移行過程を解析するために、これまでの2成分液体解析手法に対して、崩壊熱を有する燃料物質を模擬する成分を1つ追加した3成分液体解析手法の適用性評価結果について報告する。
田中 正暁; 大野 修司
第19回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集, p.247 - 250, 2014/06
ナトリウム冷却高速炉における高サイクル熱疲労解析評価の信頼性を確保するため、V&Vと実機評価を含む実施手順をV2UPとして具体化した。V2UPでは不確かさ評価を実施する。本報では、実用問題としてT字合流部での異温度流体混合に対する水流動試験を対象とした検証解析結果を用い、適用可能なGCI評価手法を整備し、最小2乗法に基づく修正手法の適用性が高いこと、解析結果と実験結果との定量比較手法としてAVM法および修正版であるMAVM法の適用が可能であることを確認した。
菊地 晋; 清野 裕; 大野 修司
no journal, ,
ナトリウム(Na)冷却高速炉の事故時に発生し得るNa-コンクリート反応のメカニズムを解明するため、NaOHとシリカとの反応について熱分析装置(DSC)を用いた速度論的研究を行った。DSC曲線から、NaOHの融点、NaOHおよびSiO
の構造相転移による転移温度、NaOH-SiO反応による反応温度を同定した。また、可視化試験から、反応中に試料の噴き上がり現象を確認した。試験の結果、NaOH-SiO反応は極めて速いこと、また実用コンクリートの骨材とNaOHとの反応性と類似していることが分かった。これらの熱分析結果から、NaOH-SiO反応がNa-コンクリート反応の時間スケール内に発生する可能性が高いことが示された。
本多 慶; 森 健郎; 素都 益武; 大平 博昭
no journal, ,
IAEA/Monju-CRPにおいて「もんじゅ」原子炉上部プレナムの熱流動解析が行われたが、各国の解析結果から得られた知見として、入口境界条件を適切に定める必要があることが分かった。本研究では、炉上部プレナムの構造物の形状を忠実に模擬したモデルを用いて、入口境界条件を見直して、3次元熱流動解析をStar-CCM+を用いて行った。入口境界条件としては、温度分布として40%電気出力時の解析値を用い、流量として40%電気出力時の実機流量と設計流量の2通りについて行った。乱流モデルにはSST k-
モデルを、対流項には2次風上差分法を用いた。その結果、熱電対プラグ位置での温度分布に実機と解析で5
C程度の差が生じた。また、構造物は温度分布に大きな影響を与えないこと、流量は温度分布に大きな影響を与えないことが示唆された。
森 健郎; 素都 益武; 大平 博昭
no journal, ,
もんじゅにおいて全交流電源喪失が発生した場合、ポンプや送風機の動力源が無くなるため、崩壊熱除去は自然循環に期待した冷却のみで行う。自然循環は、強制循環とは異なり、循環ヘッドは小さくかつ流路方向の流体の温度分布によって駆動力が決定されるため、流路の圧力損失特性は重要な因子となる。もんじゅにおいて、原子炉冷却系や炉外燃料貯蔵設備の最終ヒートシンクは空気冷却器であり、空気冷却器の圧力損失特性は、系統の温度に大きな影響を及ぼす。そこで本研究では、プラント動特性解析コードSuper-COPDの空気冷却器の空気側の解析モデルをベースにして、自然循環を解析対象とした場合に留意すべき物理量等を実機の状態を踏まえて把握・整理すると共に、その整理に基づき空気側の解析モデルを改良した。改良した解析モデルにて試験を再現した結果、試験値とほぼ一致することを確認した。相関式を積み上げて計算した圧力損失が試験結果とほぼ一致したこと、また、相関式の適用範囲が自然循環時の高温及び低流量に対応していることから、全交流電源の解析に適用可能である。
栗原 成計; 梅田 良太; 下山 一仁; 菊地 晋; 大島 宏之; 奈良林 直*
no journal, ,
ナトリウム(Na)冷却型高速炉の蒸気発生器(SG)で想定されるウェステージ現象について、主要生成物と同定した高温のNaOH/NaO環境における流れ加速型腐食(FAC)実験や実機SG伝熱管材料を含む種々の材料に水滴を衝突させた液滴衝突エロージョン(LDI)実験を実施し、それぞれの相関式を導出した。これらの相関式を融合し、FACとLDIを重畳させた新たなウェステージ相関式を提案するとともに、これまでに取得したターゲットウェステージデータを用いてその適用性を検討し、過去データと良い相関を示すことを確認した。
出口 祥啓*; 田村 健太*; 村中 亮太*; 草野 剛嗣*; 高田 孝*; 菊地 晋; 栗原 成計
no journal, ,
ナトリウム冷却高速炉では、冷却材に優れた伝熱性能を有する液体ナトリウムを用いている。ナトリウム冷却高速炉の設計基準事象の一つとして、伝熱管破損により、流れている液体ナトリウムに水が漏えいする事象がある。それゆえ、ナトリウムと水の化学反応に関する研究が安全上重要な課題である。本研究ではナトリウム-水反応機構をレーザー計測技術を用いて明らかにすることを目的とした。ラマン散乱, 吸収法, 光解離法などの光学的手法によりナトリウム-水、ナトリウム-酸素、ナトリウム-水素の対向流反応場を計測した。計測の結果、ナトリウム-水反応における主要な生成物は水酸化ナトリウムであることが分かった。また、ナトリウム-水反応の反応速度はナトリウム-酸素反応よりも遅く、ナトリウムと水素は反応しないことが分かった。
下山 一仁; 栗原 成計; 菊地 晋; 梅田 良太; 大島 宏之
no journal, ,
ナトリウム(Na)冷却高速炉の蒸気発生器(SG)伝熱管に生じた微細な貫通亀裂から水/蒸気がNa中に漏えいして自管が損傷するセルフウェステージ現象について、微細孔型試験体を用いた高温Na中でのセルフウェステージ実験を実施し、微細亀裂の損耗進展挙動を観察した。微細孔損耗形状の時間変化、損耗部での腐食環境に関する分析データから、腐食進行はNa-Fe複合酸化型腐食であることが推察された。また、長時間事象進展解析手法で適用されている既往のセルフウェステージ相関式の適用性を確認した。
内堀 昭寛; 大島 宏之
no journal, ,
高速炉蒸気発生器の伝熱管破損時事象を評価するため、ナトリウムと水の化学反応及び圧縮性多成分多相流現象に対する機構論的数値解析コードSERAPHIMを開発している。本研究では、SERAPHIMの総合的な適用性検証を目的として、実機条件を対象としたナトリウム中水蒸気噴出実験の解析を実施した。実験結果との比較から、ウェステージ発生位置や反応ジェットによって形成された温度場を再現できることが分かり、SERAPHIMが実機条件下におけるウェステージ環境を評価可能であることを確認した。
永武 拓; 高瀬 和之; 吉田 啓之; 倉田 正輝
no journal, ,
シビアアクシデント解析の高性能化には、溶融燃料の移行等を精緻に評価することが必要である。しかし、これらのデータを実験のみで取得することは困難であると考えられる。そこで本研究では、燃料棒や制御棒等の炉内構成要素の溶融挙動を数値的に明らかにし、シビアアクシデント解析の高性能化に資するため、粒子法の一つであるMoving Particle Semi-implicit(MPS)法をベースとした解析手法の開発を行っている。本発表では、溶融中の物性値変化を考慮したモデルおよび表面張力モデルを導入し、2次元体系における鉛の溶融解析結果を実験と比較し、溶融現象が定性的に解析可能であることを確認した結果を報告する。
水谷 淳*; 江原 真司*; 橋爪 秀利*; 山野 秀将
no journal, ,
エルボ内面にかかる複雑な乱流場およびはく離渦による大きな圧力変動はナトリウム冷却高速炉の一次冷却系のコールドレグ配管に発生すると考えられる。本研究は特に第三エルボの剥離流の流入状況の影響の調査を行った。本研究で、第二エルボから第三エルボへの距離を本来の9.4Dから6.4Dに変更した状態を第三エルボに課した。この可視化実験は、第三エルボ内面に現れた剥離流はオリジナル設計の場合と同じであり剥離域はオリジナル設計の場合より大きくなった。これは第三エルボ入口で観察された旋回流がオリジナルケースよりも弱まることによる。
大島 宏之; 栗原 成計; 山口 彰*; 高田 孝*; 奈良林 直*; 出口 祥啓*
no journal, ,
ナトリウム(Na)冷却高速炉の蒸気発生器(SG)内で伝熱管が破損すると、Na中に高圧の水・蒸気が漏洩して高温・高アルカリの反応ジェットを形成し、隣接伝熱管壁の損耗(ウェステージ)や局所的な温度上昇に伴う強度低下による内圧破裂(高温ラプチャ)で、破損伝播を引き起こす可能性がある。本研究では、既存炉SGの安全裕度定量評価や、将来炉SGの合理的な安全防護と財産保護、社会的受容性の向上に資することを目的として、汎用性の高い解析評価システムの構築に取り組んだ。ここでは昨今の計算機能力、解析・計測技術の進歩を背景に、SGフィジックス解析評価システムを開発することを目標とし、(1)現象解明・検証用データ取得のための試験研究、(2)機構論に基づくNa-水反応現象解析評価手法の開発、(3)長時間簡易解析評価手法の開発を実施した。本報では、約4年間にわたる研究開発成果を総括する。