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岩澤 譲; 杉山 智之; 阿部 豊*
Nuclear Engineering and Design, 386, p.111575_1 - 111575_17, 2022/01
被引用回数：3 パーセンタイル：53.91(Nuclear Science & Technology)In severe accidents in a light water reactor, the relocated molten core (so-called corium or melt) can form a debris bed. The debris bed coolability is a critical issue for prevention and mitigation of the molten core-concrete interactions. Agglomeration has a serious impact on assessment of debris bed coolability if agglomeration forms massive debris (so-called agglomerated debris) by merging of melt particles with others when the melt particles accumulate on a floor. This paper presents the results of melt jet-breakup experiments for agglomerated debris formation using a simulant metallic melt. The experiments injected a melt jet of a low-melting point metal through a circular nozzle into a test section filled with coolant water. The particles were generated due to the melt jet-breakup accumulated on to a catcher, which is a flat plate made of stainless steel, installed in the test section. A high-speed video camera imaged particle formation and accumulation on the catcher plate. Agglomerated debris was confirmed by morphological investigation of the recovered debris. The experimental results revealed the effects of the melt jet injection conditions (melt temperature, coolant temperature, and coolant depth) on the mass fraction of agglomerated debris. On the basis of the experimental results, we proposed a simple correlation to estimate the mass fraction. The simple correlation successfully reproduced the mass fraction of agglomerated debris obtained in the DEFOR-A test [Kudinov et al., Nucl. Eng. Des., 301 (2013), 284-295]. The experimental data base presented in this paper makes further contributions to the modeling and validation of mechanistic models or simulation tools for agglomerated debris formation.
鈴木 貴行*; 吉田 啓之; 堀口 直樹; 山村 聡太*; 阿部 豊*
Proceedings of 2020 International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 2020) (Internet), 7 Pages, 2020/08
In the severe accident (SA) of nuclear reactors, fuel and components melt, and melted materials fall to a lower part of a reactor vessel. In the lower part of a reactor vessel, in some sections of the SAs, it is considered that there is a water pool. Then, the melted core materials fall into a water pool in the lower plenum as a jet. The molten material jet is broken up, and heat transfer between molten material and coolant may occur. This process is called a fuel-coolant interaction (FCI). FCI is one of the important phenomena to consider the coolability and distribution of core materials. In this study, the numerical simulation of jet breakup phenomena with a shallow pool was performed by using the developed method (TPFIT). We try to understand the hydrodynamic interaction under various, such as penetration, reach to the bottom, spread, accumulation of the molten material jet. Also, we evaluated a detailed jet spread behavior and examined the influence of lattice resolution and the contact angle. Furthermore, the diameters of atomized droplets were evaluated by using numerical simulation data.
森山 清史; 中村 秀夫; 平野 雅司
日本機械学会第8回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集, p.209 - 214, 2002/06
これまでに蒸気爆発に関する実験で得られた知見を整理した。また、蒸気爆発の各過程に関して実炉規模評価の手法とそこに含まれる不確かさの重要度について検討を行った。その結果、実験的知見の不足している領域として、粗混合における融体ジェット分裂過程を取り上げることにした。これに基づき、原研では深い水プール内での蒸気爆発粗混合過程について、高温の酸化物融体を用いて模擬する実験を計画している。実験に使用する融体材料とスケールについて実炉現象模擬性の観点で検討し、適切な条件を実現できる見通しを得た。
杉山 憲一郎*; 井口 健太郎*
JAERI-Tech 2002-010, 67 Pages, 2002/03
シビアアクシデントの際、溶融炉心は直径数センチメートルから数十センチメートルのジェット状態で、圧力容器下部ヘッドへ落下する可能性がある。仮に溶融炉心ジェットが十分分散されずに下部ヘッドへ堆積すれば、冷却性が悪く溶融炉心は圧力容器内に保持されない可能性がある。したがって、溶融炉心ジエットの分散機構は、溶融炉心ベッドの冷却性を評価するうえで、良く理解されなければならない。本実験研究の目的は、流体力学の分野で知られている周囲流体とジエットとの組織的運動(organized motion)に起因して、高温溶融物ジェット内に冷却材が捕らえ込まれることによって引き起こされる分散機構を確認することである。最初の実験は、直径25mmまでの溶融錫ジェットを用いて行われた。溶融錫の動粘性係数の値は溶融UO
に比べて小さく、組織的運動による変形が容易に生じ、冷却材がジェット内に捕らえ込まれやすい。錫実験の結果を受けて、動粘性係数の値が溶融UOとほぼ同じである溶融銅ジェットの実験を行った。この実験においても冷却材捕捉型のジェットの分散が噴霧領域と呼ばれている高い周囲ウェーバー数域まで観察できた。本報で報告するジェットの分散機構により、150kg規模の溶融コリウム実験のジェット長さと8kg規模の鉛ビスマス実験のジェット長さとの見かけ上の相違が説明できる。また、高温溶融物ジェット中に効率よく冷却材が捕らえ込まれる機構は、ジェットの高い冷却性を保障する。
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：4 パーセンタイル：34.81(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。
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。
鈴木 貴行; 吉田 啓之; 阿部 豊*; 金子 暁子*
no journal, ,
福島第一原子力発電所事故における炉内状況を把握するためには、炉心溶融事故発生時の溶融燃料の流動挙動を評価する必要がある。溶融燃料が炉心下部から圧力容器下部に落下する際に形成される溶融ジェットの挙動は、BWR下部プレナムに存在する制御棒案内管等の複雑構造物の影響を受けることが予想される。そこで、原子力機構では、溶融ジェット挙動について、複雑構造物の影響を含め評価できる解析手法を原子力機構で開発中の詳細二相流解析コードTPFITを改良および拡張することにより開発している。本報告では、改良および拡張したTPFITをBWR下部プレナム構造物を模擬した実験体系に適用し、模擬溶融燃料の物性値がジェットブレイクアップ現象に与える影響について評価した結果について報告する。
鈴木 貴行; 吉田 啓之; 成島 勇気*; 金子 暁子*; 阿部 豊*
no journal, ,
In order to improve the safety of BWR, it is required to evaluate the behavior of the plant when a severe accident occurred as seen at Fukushima Daiichi NPPs. The behavior of molten core jet in the lower pressure vessel is one of the key phenomena affecting the progress of the severe accident. In the BWR lower plenum, the characteristics of molten core jet are affected by many complicated structures, such as CRGTs and so on. However, it is difficult to evaluate these effects on molten core jet experimentally. The objective of this study is to develop the evaluation method of the characteristics of molten core jet including the effects of the complicated structures in the BWR lower plenum. In this development, we are developing a simulation method to estimate the behavior of molten core jet falling down to the lower plenum of the BWR. The method has been developed based on interface tracking method code TPFIT. The TPFIT was applied to the numerical simulation of visualization jet breakup experiments performed at the University of Tsukuba. In the simulation, the center part of the experimental apparatus was modeled. In this paper, simulated results, including the effects of the complicated structures of jet breakup phenomena, are shown. In addition, the applicability of the modified TPFIT to the jet breakup phenomena is discussed by comparing numerical results with experimental results in detail.
