Numerical analysis of natural convection behavior in density stratification induced by external cooling of a containment vessel

石垣 将宏*; 安部 諭; Hamdani, A.; 廣瀬 意育

Annals of Nuclear Energy, 168, p.108867_1 - 108867_20, 2022/04

https://doi.org/10.1016/j.anucene.2021.108867

It is essential to improve computational fluid dynamics (CFD) analysis accuracy to estimate thermal flow in a containment vessel during a severe accident. Previous studies pointed out the importance of the influence of initial and boundary conditions on the CFD analysis. The purpose of this study is to evaluate the influence of initial and boundary conditions by numerical analysis of natural convection experiments in a large containment vessel test facility CIGMA(Containment InteGral effects Measurement Apparatus). A density stratification layer was initially formed in the vessel using helium and air, and external cooling of the vessel surface-induced natural convection. In this study, we carried out numerical simulations of the density stratification erosion driven by the natural convection using the RANS (Reynolds averaged Navier-Stokes) model. As a result, the temperature boundary condition of the small internal structure in the vessel had a significant influence on the fluid temperature distribution in the vessel. The erosion velocity of the density stratification layer changed depending on the initial gas concentration distribution. Then, appropriate settings of the temperature and gas concentration conditions are necessary for accurate analysis.

Experimental study on outer surface cooling of containment vessel by using CIGMA

柴本 泰照; 石垣 将宏; 安部 諭; 与能本 泰介

Proceedings of 17th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-17) (USB Flash Drive), 14 Pages, 2017/09

The present paper introduces the recent outcome from the CIGMA experiments regarding containment vessel cooling, in which an external side of a vessel upper head was flooded by water. The test vessel was initially pressurized by steam and noncondensable gas (air and/or helium), and was subsequently cooled by pouring water to the outside of the vessel top. Similar experiments were performed by authors using air-steam binary system in the previous study, which showed several characteristic phenomena such as inverse temperature stratification. The experimental conditions were extended systematically in this study to investigate the effects of initial gas composition and distribution in a vessel. The measurement results indicated that natural circulation was significantly affected by distributions of each gas species. In particular, it was enhanced when the gas density became heavier after condensation on the vessel inner wall, while it was suppressed when the gas density became lighter, creating density stratification with helium-rich gas in the upper region. The results are explained by the simplified model.

水素供給コストに関する評価

西原 哲夫; 武田 哲明

JAERI-Tech 2005-038, 40 Pages, 2005/07

JAERI-Tech-2005-038.pdf:5.01MB

日本原子力研究所では2025年頃の高温ガス炉水素製造システムの実用化を目指し、高温工学試験研究炉(High Temperature Engineering Test Reactor, HTTR)を用いて高温ガス炉と水素製造設備の接続技術,水からの水素製造プロセスである熱化学法ISプロセス技術の研究開発を進めている。燃料電池自動車の燃料として大量に水素を供給するシステムは、オフサイト型とオンサイト型に大別される。オフサイト型では水素製造コストのほかに、輸送や充填にかかわるコストも考慮しなければならない。さらに、化石燃料を利用した水素製造システムでは、二酸化炭素の処分にかかわるコストも必要になる。したがって、核熱を用いた水素製造システムの経済性評価には、水素製造コストだけではなく輸送や貯蔵を含めた総合的な水素供給コストを評価する必要がある。そこで、水素貯蔵,輸送及び充填にかかわる国内外のコスト評価結果を調査し、さまざまなオフサイト型システムとオンサイト型システムに対して、水素供給コストを評価した。

Hydrogen migration in electron irradiated Pd based dilute alloys around the 50 K anomaly

山川 浩二*; 知見 康弘; 石川 法人; 岩瀬 彰宏*

Journal of Alloys and Compounds, 370(1-2), p.211 - 216, 2004/05

https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2003.09.037

Pd系希薄合金(Pd-1at.% Fe-H及びPd-1at.% Ag-H)における水素の移動について、50K付近の電気抵抗測定により調べた。0.5MeV電子線を15K以下で照射することにより不規則化した水素原子は、試料の昇温中に原子移動により規則化した。このときの電気抵抗の回復曲線には、電子線照射した試料では2つのサブステージが、急冷した試料では1つのステージのみが見られた。各ステージでの水素の移動エネルギーは、規則化に起因する電気抵抗変化をクロスカット法で解析することにより得られた。低温ステージでの移動エネルギーは高温ステージよりも小さく、高温ステージでの値は急冷の場合と同程度であった。Pd系合金に関して、照射による水素原子の不規則化と急冷によるものとの違いについて議論する。

Steady-state hydrogen transport in a metal membrane exposed to hydrogen gas and/or a hydrogen ion beam; Reexamination of transport regime and synergistic effects

長崎 正雅; 大野 英雄

J. Vac. Sci. Technol., A, 11(3), p.588 - 596, 1993/05

水素ガスまたは水素イオンビームが入射する金属薄板中の定常状態における水素の輸送を定式化した。得られた式に基づいて、材料及び入射のパラメタと濃度分布あるいは律速過程との関係を求めた。この関係は、ドイルらが同様の式に基づいて導出した結果と異なっていた。我々の導出の方がより直接的であり、それゆえ正しいものと思われる。さらに、この導出を、水素ガスと水素イオンビームが共存する場合に拡張した。特に、水素イオンビームに由来する水素に着目して、水素ガスと水素イオンビームとの相乗効果を議論した。

含水燃料デブリの挙動評価システムの構成

小川 徹

no journal, , 

シビアアクシデント後の燃料デブリは、事故進展過程に依存した多様な性状を有し、また、回収法によって物理状態も変化する。それに対応して、適切な管理法を選択しなければならない。また、回収前後のデブリの経年変化も懸念される。ここでは、任意の粒径分布を持った含水粒子充填状態を個別要素法によって模擬したうえで、放射線輸送モンテカルロ解析によって水切り前後での間隙水、カバー水へのエネルギー吸収を、実験系、実体系のそれぞれに応じて予測するシステムを構成した。さらには、水の放射線分解に伴う反応解析と熱力学解析により、水素発生やデブリ経年変化挙動の評価法を検討した。