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論文

Study on the passive safe technology for the prevention of air ingress during the primary-pipe rupture accident of HTGR

武田 哲明; 菱田 誠*

Eighth Int. Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics (NURETH-8), 1, p.278 - 285, 1997/00

高温ガス炉の1次冷却系主配管破断事故時の空気侵入挙動の解明と空気侵入防止技術の開発に資するため、原子炉の流路構成を模擬した試験装置による実験を行った。その結果、配管破断後の炉心部を一定速度で降温する場合は、事故を空気の自然循環流が発生する第2段階まで進展させないような降温速度が存在することが分かった。また、炉心部の高温と低温流路間に発生する空気の自然循環流は、低温流路側に相当する圧力容器等の流路から、ヘリウムを一定量注入することによって流れを制御することができ、多量の空気侵入を防止できることが分かった。

論文

Studies on molecular diffusion and natural convection in a multicomponent gas system

武田 哲明; 菱田 誠

Int. J. Heat Mass Transfer, 39(3), p.527 - 536, 1996/00

 被引用回数:36 パーセンタイル:12.92

高温ガス炉の一次冷却系主配管破断事故時には、分子拡散と炉内に発生する自然対流により、空気が破断口から浸入すると予想される。そのため黒鉛構造物が酸化し、複雑な多成分気体の自然対流が発生する。本研究では、この配管破断時の初期段階における空気の浸入過程を調べるため、化学反応を伴う多成分気体の分子拡散と自然対流に関する実験と解析を行った。解析は一次元の混合気体、各成分気体の質量保存、混合気体の運動量保存とエネルギー保存の式を解いて、各成分気体の濃度変化、空気の自然循環流発生時刻等を求めた。その結果、実験と解析は良く一致し、混合気体密度、成分気体のモル分率変化、自然循環流の発生まで、実験結果と数値解析により再現することができた。

論文

高温ガス炉の一次冷却系主配管破断事故時の空気侵入挙動,2; 炉心の黒鉛流路管温度が非均一の場合

武田 哲明; 武仲 五月*; 菱田 誠

日本原子力学会誌, 38(2), p.154 - 162, 1996/00

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

一次冷却系主配管破断事故は、高温ガス炉の設計基準事故の一つである。本事故時には破断口から炉内に空気が流入し、黒鉛の炉内構造物を酸化させる恐れがある。また複雑な多成分気体の流れが炉容器内に発生することが考えられる。そこで高温ガス炉を模擬した配管破断模擬試験装置を用いて、破断から炉内を一巡する自然循環流が発生するまで(第1段階)の空気流入過程について調べた。本論文では、周辺領域の炉心流路の温度が中心領域よりも低い場合、及び炉心の平均温度が事故後低下する場合の空気侵入過程及び第1段階の持続時間について調べた。その結果、周辺領域の温度が低い場合でも第1段階の持続時間は均一温度実験の場合とほとんど同じこと、炉心温度降下実験において降温速度が速い場合事故が第1段階で収束する可能性があること等がわかった。

論文

Application of multiphase flow to improvement of nuclear power plant safety

田中 利幸; 丸山 創

JAERI-Conf 95-011, 0, p.94 - 99, 1995/06

高温ガス炉は、炉心出力密度を数MW/m$$^{3}$$、炉心直径を数mと制限し、冷却材喪失事故時にも受動的熱除去方式により燃料最高温度を1600$$^{circ}$$C程度以下とし炉心溶融を起こさない設計としている。高温ガス炉の経済性と安定性の向上を同時達成させるためには、事故時の除熱能力の改善が重要である。このため、事故時の冷却方式として、通常運転時には作動せず事故時のみに作動ししかも高い除熱能力の得られる受動的除熱手段として2成分ヒートパイプ冷却器が考えられる。本講演では、2成分ヒートパイプの開発状況と高温ガス炉への応用2例について述べる。また、冷却材喪失事故時には、原子炉容器内にヘリウムと空気また黒鉛の酸化により生ずるガスから成る多成分気体の混合流れが生じ、この流れによって炉内に空気が流入し、黒鉛を酸化させる。本講演では、この流れ特性及び防止技術の研究の現状及び課題について述べる。

論文

多成分気体の分子拡散と自然対流に関する研究

武田 哲明; 菱田 誠

第32回日本伝熱シンポジウム講演論文集,Vol. III, 0, p.691 - 692, 1995/00

高温ガス炉の一次冷却系主配管破断事故時の空気浸入特性を調べるため、逆U字型流路内の化学反応を伴う多成分気体の分子拡散と自然対流に関する実験と数値解析を行った。解析は混合気体及び各成分気体の質量保存、混合気体の運動量保存とエネルギー保存の式、状態方程式を解いて、各成分気体の濃度、混合気体の密度、化学反応による気体の発生量等を求めた。その結果、実験と解析は定量的にも一致することを確認し、本解析により実験結果を再現することができることを示した。

論文

高温ガス炉の一次冷却系主配管破断事故時の空気浸入挙動,1; 炉心の黒鉛流路管温度が均一の場合

武田 哲明; 武仲 五月*; 菱田 誠; 江森 恒一

日本原子力学会誌, 37(10), p.948 - 958, 1995/00

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

一次冷却系主配管破断事故時は、高温ガス炉の設計基準事故の一つである。本事故時には破断口から炉内に空気が流入し、黒鉛の炉内構造物を酸化させる恐れがある。また複雑な多成分気体の流れが炉容器内に発生することが考えられる。本論文は配管破断事故における空気流入過程の実験的研究に関するものである。実験はHTGRの流路形状を模擬し黒鉛流路を内蔵する配管破断模擬試験装置を用いて行い、破断から炉内を一巡する自然循環流が発生するまで(第1段階)の空気流入特性を炉心温度を400~1050$$^{circ}$$Cの間で変化させて調べた。その結果、第1段階が5~11日持続すること、黒鉛温度が600~850$$^{circ}$$Cのとき二酸化炭素が発生し、850~1000$$^{circ}$$Cのとき一酸化炭素と二酸化炭素とが発生すること等がわかった。

報告書

配管破断模擬試験; 空気浸入実験結果,2

武仲 五月*; 武田 哲明; 菱田 誠; 安掛 岳*; 江森 恒一

JAERI-M 94-024, 60 Pages, 1994/03

JAERI-M-94-024.pdf:1.76MB

高温ガス炉の1次冷却系主配管破断事故時には、炉内のヘリウムが格納容器内に噴出し、炉内外の圧力が均圧した後、破断口から空気が浸入することが予想される。この際、炉内に浸入した酸素により、黒鉛構造物が酸化し、炉内には化学反応を伴う複雑な多成分気体の流れが発生するものと考えられる。この空気浸入挙動、多成分気体の自然対流特性等について調べるために、既に配管破断模擬試験装置にて、模擬炉心部等温条件の空気浸入実験を行った。今回はさらに実機に近い状態を模擬するため、炉心部に温度分布をつけた場合と、時間とともに炉心部が冷却される場合の空気浸入実験を行った。その結果、温度分布がある場合は、等温条件の場合に比べて空気の自然循環流が早く発生する傾向にあること、炉心部が冷却される場合は、その冷却速度により、自然循環流が発生しない場合があること等がわかった。

論文

周囲と密度の異なる層流気体自由噴流の速度場測定と数値解析

茶木 雅夫*; 大橋 弘忠*; 秋山 守*; 文沢 元雄

日本機械学会論文集,B, 60(569), p.113 - 118, 1994/01

多成分気体流れの流動、拡散特性を知るための基礎的研究として、周囲と密度の異なる層流気体自由噴流の速度場をLDVで測定し、また数値解析をSIMPLEST-ANL法で行った。その結果、噴流の重力による加速は噴流の中心で顕著で、周囲気体との境界付近では小さくなること、半径方向速度の測定より、噴流と周囲気体との境界付近で巻き込み速度が最大となることがわかった。

論文

密度の異なる気体を静止空気中に噴出する層流円形噴流の数値解析,LDV測定と流れの可視化

茶木 雅夫*; 文沢 元雄

可視化情報学会誌, 13(SUPPL.1), p.265 - 268, 1993/07

高温ガス炉の配管破断時に炉内に生じる多成分気体流れの流動特性を把握するため、その基礎的研究として、周囲と密度の異なる気体(主としてアルゴン)が鉛直下向きに噴出する場合の数値解析、LDV測定を行った。その結果、噴流の中心軸上流速が加速されること、噴流周りに発生する渦輪が下流方向に加速されること及び噴流濃度の半値半径が下流方向に最小値を有することが分かった。また、煙トレーサによる可視化観察より、噴流は重力による加速の影響で周囲の空気を巻き込み噴流の半径方向の幅(濃度の半値半径に相当)が小さくなることが明確になった。

論文

Studies on molecular diffusion and natural convection of multi-component gases

武田 哲明; 菱田 誠

Proc. of the 6th Int. Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics,Vol. 2; NURETH 6, p.1489 - 1497, 1993/00

高温工学試験研究炉(HTTR)の設計基準事故の1つに配管破断事故がある。一次冷却系の主配管が破断した場合には分子拡散と炉内の温度及び濃度分布により発生する自然対流によって空気が破断口から浸入すると予想される。そして炉内の黒鉛構造物が酸化し、複雑な多成分気体の自然対流が発生するものと思われる。この配管破断時の初期段階における空気の浸入過程を調べるために逆U字管における化学反応を伴う多成分気体の分子拡散と自然対流に関する実験と解析を行った。一次元の連続の式、混合気体の運動量保存とエネルギー保存の式及び各成分気体の質量保存の式を解いて、濃度変化と空気の自然循環流発生時刻等を求めた。その結果、実験と解析は良く一致し、混合気体の密度変化、各成分気体のモル分率変化及び空気の自然循環発生時刻等を数値解析において再現することができた。

論文

Studies on the primary pipe rupture accident of a high-temperature gas cooled reactor

菱田 誠; 小川 益郎; 武田 哲明; 文沢 元雄

Proc. of the 4th Int. Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics, Vol. 1, p.163 - 169, 1989/10

高温工学試験研究炉の一次冷却系配管破断事故時における空気の浸入挙動及び黒鉛材料の酸化に関する研究を行った。空気の浸入挙動に関しては、逆U字管内への浸入挙動を解析及び実験によって調べるとともに、HTTRを簡単に模擬した試験体内への浸入挙動を実験によって調べた。その結果、模擬配管破断後しばらくの間は空気は拡散と微弱な自然循環によって浸入すること、空気の自然循環が発生するのはかなりの時間が経過した後であること等が分かった。黒鉛材料の酸化に関しては、黒鉛管内に高温のヘリウム-空気混合気体を流して酸化量を実験的に調べた。その結果、酸化量は、熱伝達と物質伝達のアナロジーが成立するとして熱伝達率から求めた物質伝達率を用いて評価できることが分かった。

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