JASMINE Version 3による溶融燃料-冷却材相互作用SERENA2実験解析

堀田 亮年*; 森田 彰伸*; 梶本 光廣*; 丸山 結

日本原子力学会和文論文誌, 16(3), p.139 - 152, 2017/09

https://doi.org/10.3327/taesj.J16.028

Among twelve FCI cases conducted in the OECD/NEA/CSNI/SERENA2 test series using two facilities, six steam explosion cases, five from TROI and one from KROTOS, were analyzed by JASMINE V.3. Major model parameters were categorized into "focused zone", a core part of interest, and "peripheral zone", the initial and boundary conditions given intentionally for each test case. For the former, base values established through past validation studies of JASMINE V.3 were applied. The code was modified to implement the measured distribution of entrained droplet size acquired in TROI-VISU. For the latter, melt release histories were given as a combination of time tables of jet diameter and release velocity that were estimated based on image data and transit timing data of the melt leading edge. The base values were shown to predict impulse responses of SERENA2 systematically with a reasonable error band. A statistical analysis based on the LHS method was performed. Uncertainty ranges were given based on measurement errors and past validation studies in the JASMINE development. Underlying mechanisms causing apparent differences in the mechanical energy conversion ratio between two facilities were studied from the view point of breakup length and trigger timing.

Coarse break-up of a stream of oxide and steel melt in a water pool (Contract research)

森山 清史; 丸山 結; 宇佐美 力*; 中村 秀夫

JAERI-Research 2005-017, 173 Pages, 2005/08

JAERI-Research-2005-017.pdf:11.17MB

水プール中における融体ジェットの分裂は、軽水炉シビアアクシデント時における水蒸気爆発の粗混合過程及びデブリ冷却性に関連する重要な現象である。高温の酸化物及び鋼材の融体ジェットの水プール中における分裂挙動に関する実験を行った。目的は、ジェット分裂長さ及び分裂によって生じる融体液滴のサイズ分布,これらに対する融体物性の影響に関するデータを得ることである。また、融体ジェット分裂機構の検討に有用な、融体ジェットを取り巻く蒸気カラムの流れの強さや、これと融体液滴サイズの関係に関するデータの取得を試みた。実験では酸化ジルコニウム・酸化アルミニウム混合物とステンレス鋼の融体ジェット(水面で直径17mm,速度7.8m/s)を深さ2.1m又は0.6mで種々のサブクール度を持つ水プールに落下させた。 本実験の結果及び既存の実験データを用いた検討により、融体ジェット分裂長さ,融体ジェットが完全に分裂しない浅いプールの場合の分裂割合、及び、ジェット分裂によって生じる融体液滴サイズに関する相関式を得た。

Simulation of alumina and corium steam explosion experiments with JASMINE v.3

森山 清史; 中村 秀夫; 丸山 結

Proceedings of 6th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics, Operations and Safety (NUTHOS-6) (CD-ROM), 18 Pages, 2004/10

軽水炉のシビアアクシデントにおいて水蒸気爆発が格納容器健全性に及ぼす影響を評価するため、原研では水蒸気爆発解析コードJASMINEを開発している。融体としてアルミナとコリウムを用いた水蒸気爆発実験,KROTOS-44, 42, 37及びFARO-L33について、JASMINEコードによる解析を行った。解析では、融体細粒化に関するモデルパラメータを変更せず、粗混合における両材料の挙動の違いに基づいて、アルミナとコリウムの水蒸気爆発の強度の違いを再現することができた。コリウムの場合、粗混合時の固化割合が高く、またボイド率が大きいことが解析で示され、これらが水蒸気爆発の挙動の違いの主たる要因であると考えられる。

軽水炉シビアアクシデント時の溶融炉心/冷却材相互作用(FCI)に関する研究の現状

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。

JASMINE-pro: A Computer code for the analysis of propagation process in steam explosions; User's manual

Yang, Y.; Nilsuwankosit, S.; 森山 清史; 丸山 結; 中村 秀夫; 橋本 和一郎

JAERI-Data/Code 2000-035, 86 Pages, 2000/12

JAERI-Data-Code-2000-035.pdf:4.01MB

蒸気爆発とは、高温液体が低温の揮発性液体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する現象である。軽水炉の安全研究の分野では、シビアアクシデント時に圧力容器や格納容器の健全性を損なう恐れのある現象のひとつとして、溶融炉心と冷却材の接触による蒸気爆発がとりあげられ、研究されてきた。日本原子力研究所(原研)では、このような蒸気爆発が原子炉のバウンダリに及ぼす影響を評価するため、蒸気爆発解析コードJASMINEを開発した。JASMINEコードは、蒸気爆発の「粗混合」及び「伝播」過程を扱うJASMINE-pre及び-proの2つの部分から成るが、このうちJASMINE-proは、蒸気爆発伝播過程における伝熱流動現象を混相流の多流体モデルに基づいて解析するものである。本報告書は、JASMINE-proコードの使用法及び、ユーザーがコードの動作を理解するうえで必要な情報を提供するユーザーズマニュアルである。

Study on premixing phase of steam explosion at JAERI

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

https://doi.org/10.1016/S0029-5493(98)00273-8

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。

Study of premixing phase of steam explosion with JASMINE code in ALPHA program

森山 清史; 山野 憲洋; 丸山 結; 工藤 保; 杉本 純

Proc. of ASMEJSME 4th Int. Conf. on Nuclear Engineering 1996 (ICONE-4), 1(PART B), p.903 - 915, 1996/00

原研では水蒸気爆発解析コードJASMINEの開発を行っている。本コードは(株)富士総合研究所によって開発された多次元多相流水力解析コードMISTRALをベースに開発され、現在粗混合モジュールの基本的な枠組みを完成して試計算を行っている。基礎式はもとのコードのものを用いており、冷却材、蒸気、溶融炉心の3相についての質量、運動量、エネルギー保存式を3次元オイラー系で記述したものである。相間の相互作用項と流動様式については、粗混合過程の現象をモデル化したものを組みこんだ。コード検証の第一段階として固体粒子を水中に投入した実験について解析を行い、実験結果との間で比較的良好な一致が得られた。また、コードに組みこまれているTVDスキームが溶融物の分布を精度よく捕らえるために有効であることがわかった。

軽水炉シビアアクシデント時の伝熱流動

杉本 純

伝熱研究, 34(133), p.52 - 59, 1995/04

軽水炉のシビアアクシデント時の伝熱流動は、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(気液二相)の相互作用、溶融炉心とコンクリートの反応、水蒸気ないし水素雰囲気中でのFPエアロゾルの挙動や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、アクシデントマネジメントも含めた軽水炉のシビアアクシデント時の主な伝熱流動現象について、原研の成果を中心に研究の現状と今後の課題をまとめた。

Dynamic response of a containment surrounding extreme pressure source due to steam explosion

吉江 伸二*; 福田 博徳*; 丸山 結; 山野 憲洋; 杉本 純

Transactions of 13th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT-13), 4, p.359 - 370, 1995/00

水蒸気爆発は、シビアアクシデント時に格納容器の健全性を脅かし得る現象の1つと考えられている。原研では水蒸気爆発現象を明らかにするために、事故時格納容器挙動試験計画(ALPHA)において、溶融物落下水蒸気爆発実験を実施している。この実験シリーズの中で最大規模の水蒸気爆発が生じたと推定された実験について、流体-構造相互作用解析コードAUTODYN-2Dを用いて、水蒸気爆発によって発生した圧力波の模擬格納容器内伝播解析を実施した。水蒸気爆発に関与した溶融物の割合、圧力源の拘束条件をパラメータにした解析を行い、圧力波伝播特性を把握するとともに、実験で観測された模擬格納容器内圧力履歴と比較した。

Findings from ALPHA program in the context of required containment capability

杉本 純; 山野 憲洋; 丸山 結; 工藤 保; 早田 邦久

Safety Options for Future Pressurized Water Reactors, 0, 14 Pages, 1994/00

原研のALPHA計画では、シビアアクシデント時に格納容器に加わる負荷を評価し、リーク挙動を明らかにし、またアクシデントマネジメントの有効性を検討することを目的に、(1)溶融炉心冷却材相互作用試験、(2)電線貫通部リーク試験、(3)溶融炉心コンクリート相互作用試験、(4)エアロゾル挙動試験、を実施している。本論では、格納容器に求められる能力に関し、ALPHA計画でこれまでに得られた知見について述べている。溶融炉心冷却材相互作用試験では、水蒸気爆破の発生を抑制するのに溶融物分散板が有効であること、溶融物の上から注水することはアクシデントマネジメントとして一般に有効であることを確かめた。リーク試験では、圧力より温度負荷が支配的であること、多くのシビアアクシデントに対し電線貫通部は健全性を保ち得ることを確かめた。今後は、実炉へのスケーリング則及びアクシデントマネジメントの有効性確認が重要である。