粒子法の化学反応を伴う流動様式への適用性評価解析

白川 典幸*; 堀江 英樹*; 山本 雄一*; 松宮 壽人*

JNC TJ9440 2000-008, 47 Pages, 2000/03

JNC-TJ9440-2000-008.pdf:1.96MB

伝熱流動数値実験によって、化学反応を伴う伝熱流動が高速炉を構成する機器に及ぼす影響を評価するには、反応の発生箇所近傍だけでなく機器全体を解析対象とする必要がある。そのため、計算負荷の観点から微視的な解析手法を直接用いることができない。このため、使用する熱流動解析コードには、化学反応によって生じる多相・多成分の反応性流体の挙動をモデル化し、相関式として組み込まなければならない。反応性流体の化学反応の量は反応する相間の境界面積に依存し、この面積は界面の形状によって大きく変化する。しかし、ナトリウム-水反応のように化学反応を伴う系については、これに関する実験的知見もないのが現状である。そこで本件では、微視的解析手法である粒子法を用いて、多相・多成分・反応性流体の挙動を機構論的に解析し、流動様式や境界面積に関する知見を得ることを最終的な目的とする。本年度は、粒子法を用いて水・ナトリウム反応を扱うための第一段階として、液体ジェットが他の液体プールに噴出する際の流体力学的挙動への粒子法の適用性を検討することを目的とした。このため、文献調査によりジェット流動様式のメカニズムを検討するとともに、ここでの目的に合致する、「ガソリンプールに水を噴出させる実験」を選び、解析した。また、蒸気発生器内部の伝熱管水リーク事故では管群内のジェット流を解析する。このような複雑体系への本手法の適用性を検討するため、蒸気発生器安全性総合試験(SWAT/Run19試験)を例として化学反応を含まない流体力学のみの予備解析を実施した。その結果、伝熱管群を含む複雑体系においても、高速ジェット流とプール流体との相互作用を考慮した流動挙動への適用性が確認できた。さらに、今後扱うべき現象のモデリングについて検討し、相変化と化学反応経路を選定し定式化を行った。水の相変化は伝熱律速モデルに基づき、化学反応は水・水素転換率をパラメタとした一括反応モデルに基づいている。また、コード構成についても概念設計を行った。

浅水プール中に落下する液体ジェットの侵入挙動,11; 微粒化物の移動速度の評価

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。