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堀口 直樹; 吉田 啓之; 金子 暁子*; 阿部 豊*
日本機械学会関東支部第29期総会・講演会講演論文集(インターネット), 5 Pages, 2023/10
軽水炉の炉心溶融事故で想定される液体ジェット状溶融燃料の浅水プール中挙動の解明と評価手法の開発のため、液液系模擬実験で取得した壁面衝突液体ジェットの3次元界面形状データを用いて渦状液膜挙動を調査した。
堀口 直樹; 吉田 啓之; 金子 暁子*; 阿部 豊*
Physics of Fluids, 35(7), p.073309_1 - 073309_17, 2023/07
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Mechanics)非混和液液系における液体ジェットの微粒化は、原子力産業分野の安全上重要である。日本原子力研究開発機構は、数値シミュレーションを用いて非混和性液液系における液体ジェットとして振る舞う溶融燃料の挙動を評価する手法を開発し、数値シミュレーションと実験により浅水プール中の液体ジェット挙動を調査してきた。本論文は、壁面衝突液体噴流における微粒化の機構を明らかにする。ここでは、非混和液液系の浅水プール中壁面衝突液体噴流における微粒化挙動について、数値シミュレーションと分散相追跡法を用いて、液滴形成とその流れ場の観点から研究した。その結果、壁面衝突液体噴流に見られる液膜流における液滴形成は、三つのパターンがあることを明らかにし、液滴形成直後の液滴物理量を取得し、無次元数を用いた液滴形成の理論的基準領域を開発した。液滴形成パターンとこの領域との比較により、パターンの特徴と発生源に応じた液滴形成機構を解明した。
吉田 啓之; 木村 郁仁*; 鈴木 貴行*; 金子 暁子*; 阿部 豊*
no journal, ,
原子力発電所過酷事故時に炉心において溶融した燃料等は、事象が進展した場合、下部の冷却材プールへ落下することが想定される。このような状況に対して、これまでに水深が十分なプールに対しての研究は行われているが、冷却材の蒸発や漏洩などにより水深が浅くなった、浅水状態(浅水プール)に対する知見は不足している。本研究では、浅水プールにおける溶融ジェットの侵入、着底、拡がり、堆積という一連の過程に対する流体力学的作用の把握を目的として、実験及び数値解析を実施している。本報では、液体ジェットが浅水中に落下し着底した後の挙動に詳細二相流解析コードTPFITを適用し、浅水プール内液体ジェット侵入実験を模擬した解析を実施した。その結果、模擬溶融物質がプールの底に着底後、ジェットは液膜状になり、液膜先端部では巻き上げられて分裂が発生するという、実験と定性的に一致する結果が得られることを確認した。
木村 郁仁*; 吉田 啓之; 金子 暁子*; 阿部 豊*
no journal, ,
原子力発電所過酷事故時に炉心において溶融した燃料等は、事象が進展した場合、下部の冷却材プールへ落下することが想定される。このような状況に対して、これまでに水深が十分なプールに対しての研究は行われているが、冷却材の蒸発や漏洩などにより水深が浅くなった、浅水状態(浅水プール)に対する知見は不足している。本研究では、浅水プールにおける溶融ジェットの侵入、着底、拡がり、堆積という一連の過程に対する流体力学的作用の把握を目的として、実験及び数値解析を実施している。本報では、浅水中に落下し着底後のジェット挙動について、LIF法及びPIV法を同時に適用し実験を行った。その結果、液体ジェットとして着底した模擬溶融物質が底面で拡がりながら流動し、その端部が巻き上げられながら千切れることを確認した。また、その際の界面形状及び速度分布について同時計測を行いデータを取得した。
吉田 啓之; 木村 郁仁*; 鈴木 貴行*; 金子 暁子*; 阿部 豊*
no journal, ,
原子力発電所過酷事故時に溶融した燃料等は、下部の冷却材プールへの落下が想定される。これまでに水深が十分なプールに対しての研究はあるが、浅水状態に対する知見は不足している。本研究では、浅水プールにおける溶融ジェットの侵入, 着底, 拡がり, 堆積という一連の過程に対する流体力学的作用の把握を目的として、数値解析手法の開発を行っている。本報では、前報までに明らかとなった底面での接触角及び空間解像度がジェット着底挙動に及ぼす影響を確認するため、詳細二相流解析コードTPFITを用いた解析を行った結果について報告する。TPFITを用いた解析における空間解像度を増加させることで、低解像度では明確でなかった底面に衝突後のジェットの微粒化挙動を再現できることを確認した。また、接触角を変化させることで底面での拡がりの挙動が変化すること、実際に測定した接触角を用いることで、ジェットが拡がる際の挙動が実験の傾向に近づくことを確認した。
吉田 啓之; 堀口 直樹; 鈴木 貴行*; 山村 聡太*; 阿部 豊*
no journal, ,
軽水炉過酷事故において炉心溶融が発生した場合、高温の燃料は冷却材プールにジェット状に落下し、分裂・微粒化すると想定されている。このため、事故評価において重要である燃料の冷却性の予測には、冷却材プール中をジェット状に落下する溶融燃料の挙動(ジェット挙動)の理解が求められる。過酷事故時のシナリオとして、蒸発や漏洩により冷却材プールが浅水となる場合が考えられる。この場合、ジェットは分裂しないままプール底部に到達することが想定されるが、この状況に対するジェット挙動に関する知見は不十分である。本研究では浅水プールに液体ジェットが落下し着底する挙動の把握を目的として、実験および数値解析を実施している。これまで実施した実験及び解析から、着底前のジェットや着底後のジェットにより形成される薄膜流れから、微粒化物が生成されることが確認できている。本報ではTPFITをもとに開発した手法により得られた詳細な解析結果に対してデータ処理を行い、液体ジェットから生成した微粒化物の径の分布を各時刻に対して評価した結果を報告する。
堀口 直樹; 山村 聡太*; 藤原 広太*; 金子 暁子*; 吉田 啓之
no journal, ,
軽水炉における炉心溶融事故発生時、溶融した燃料は下部プレナムの冷却材プールに落下すると想定されている。溶融燃料ジェットは冷却材との相互作用により、微粒化、冷却そして固化すると考えられており、安全性の観点から、溶融燃料の冷却性能の評価が求められている。しかしながら、その実現には冷却材中の液体ジェット挙動,熱伝達,相変化それぞれに対する理解が必要である。本研究では、冷却材プールが漏洩や蒸発により浅水となった場合の液体ジェット挙動の解明を目的とする。本報では液体ジェットから発生した微粒化物の速度を計測可能とすべく、著者が開発した分散相速度計測手法を適用した結果について述べる。速度計測は、3D-LIF法を用いた液体ジェットの3次元可視化計測によって取得された時系列3次元界面形状データを用いて実施した。得られた微粒化物の速度は液体ジェットの侵入速度と比べ遅い結果となり、周囲流体を媒介して液体ジェットにより主に駆動されると考えられることから、この結果は妥当であり、微粒化物の速度計測が可能となった。
堀口 直樹; 金子 暁子*; 吉田 啓之; 阿部 豊*
no journal, ,
軽水炉における炉心溶融事故時、原子炉から漏洩した溶融燃料はペデスタルに形成された浅いプールに落下し、微粒化しながら床面を液膜状に拡がる。この時のプールへの侵入挙動は、発生の可能性がある蒸気爆発やその後のデブリ冷却に強く影響するため、軽水炉の安全性の観点からこの侵入挙動を再現し評価することが重要である。原子力機構では、数値シミュレーションによるプール中の液体ジェット侵入挙動の評価手法を開発しており、妥当性確認のための実験を併せて実施している。本研究ではこれまで、浮遊する微粒化物数と液膜構造の変化を実験的に観察しており、液膜構造の変化が微粒化物の発生量に及ぼす影響を検討してきた。今回は、既報において3D-LIF法により取得した実験データに分散相追跡法を適用することで微粒化物毎の発生時刻を推定した。さらに微粒化物毎に発生時刻の体積量を計算することで、微粒化物の発生量を推定した。
堀口 直樹; 吉田 啓之; 金子 暁子*; 阿部 豊*
no journal, ,
液液系の実験により取得した3次元界面形状データを用いて、浅水プール中の壁面衝突液体ジェットによる微粒化物の発生数を定量化する技術を開発した。本手法によって定量化した微粒化物発生数と液体ジェットの構造の時間変化を比較することで、両者の相関を調べた。
柾木 直人*; 堀口 直樹; 金子 暁子*; 吉田 啓之
no journal, ,
原子炉での炉心融解事故発生時、核燃料が溶け出しジェット状に冷却プール内に落下し、分裂、微粒化を経て冷却され堆積することが想定されている。溶解した燃料のジェットの冷却は再臨界の防止など副次被害を抑止する上で重要であり、ジェット挙動や液滴の生成過程は冷却効果を評価する上で重要である。また一方で事故発生時にはプール容器の破損や冷却材の蒸発でプール内が浅水化することが想定されるが、浅水プールでの実験は十分にされておらず知見が不足している状態である。また、冷却にかかわるジェット挙動と液滴生成がケルビン・ヘルムホルツ不安定と界面の不安定が大きく寄与していることが示唆されている。本実験では前述した界面の不安定に着目して、ジェット界面の不安定と液滴生成について関係を明らかにするべく、核燃料ジェットが冷却プールに落下する様子を再現し、その様子をLIF法により可視化観察した。
