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論文

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

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.

論文

Improvement of ex-vessel molten core behavior models for the JASMINE code

松本 俊慶; 川部 隆平; 杉山 智之; 丸山 結

Proceedings of 10th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-10) (USB Flash Drive), 9 Pages, 2016/11

シビアアクシデント時に溶融炉心が圧力容器外に放出される場合の格納容器破損防止対策として、事前注水や格納容器スプレイによりペデスタルやキャビティに予め水を張ることが考えられている。このときの燃料デブリ冷却性を評価するため、JASMINEコードの溶融炉心挙動モデルを改良した。溶融炉心がジェット状に水中に落下する際、水との相互作用により粒子状のデブリを放出する(ブレークアップ)。冷却性に影響を及ぼすデブリ粒径分布の取り扱いを改良し、スウェーデン王立工科大学(KTH)で実施されたジェットブレークアップ実験DEFOR-Aの解析を行い、実験結果と比較した。また、溶融ジェットが床面に到達するとメルトプールを形成し、水平方向に広がる。冷却性評価で重要となる広がり面積を評価するため、クラスト形成モデル等を導入し、同じくKTHで実施されたメルト広がり実験PULiMSの解析を行い、実験結果と比較した。両現象の評価精度の向上に向けて、さらなる改良点を検討した。

論文

Analytical tool development for coarse break-up of a molten jet in a deep water pool

森山 清史; 中村 秀夫; 丸山 結*

Nuclear Engineering and Design, 236(19-21), p.2010 - 2025, 2006/10

 被引用回数:21 パーセンタイル:16.23(Nuclear Science & Technology)

軽水炉シビアアクシデント時における溶融炉心/冷却材相互作用(FCI)の粗混合過程及びデブリベッド形成過程を解析的に評価するため、FCI粗混合解析コードJASMINE-preを開発した。JASMINE-preは融体ジェット,融体粒子,融体プールの3成分からなる融体モデルを、二相流解析モデルと連成したものである。二相流モデルは原研で開発されたACE-3Dコードに基づくものである。融体ジェット及び融体プールモデルは各々水中を流下する溶融炉心と底部で塊状になった融体を一次元で表したものであり、融体粒子モデルではラグランジュ的なグループ粒子の概念を用いている。また、簡易的なモデルとして、静止水中における粒子の生成と沈降・冷却のみを考慮したコード「pmjet」を開発した。これらのモデルを用いて、コリウム融体の冷却実験であるFARO実験のうち、水プールが飽和温度の場合と高サブクール条件の場合のシミュレーションを行った。JASMINE-preによる計算結果は、圧力上昇及び融体分裂について実験とおおむね一致した。また、計算結果より、粗混合領域内の溶融状態のコリウム質量は、定常的な融体ジェット分裂のもとでほとんど一定に保たれることがわかった。さらに、この粗混合融体量の計算結果について、JASMINE-preとpmjetの間でよい一致が見られた。

論文

Evaluation of ex-vessel steam explosion induced containment failure probability for Japanese BWR

森山 清史; 高木 誠司; 村松 健; 中村 秀夫; 丸山 結

Proceedings of 2005 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '05) (CD-ROM), 9 Pages, 2005/05

BWR Mk-II型モデルプラントにおける炉外水蒸気爆発による格納容器破損確率を評価した。評価対象シナリオは圧力抑制プール及びペデスタルにおける水蒸気爆発である。水蒸気爆発による負荷の確率分布を評価するために、ラテン超方格サンプリング(LHS)による確率論的手法を用い、その中で水蒸気爆発解析コードJASMINEを物理モデルとして使用した。水蒸気爆発による負荷と格納容器破損確率を関連付けるフラジリティカーブは、格納容器破損に至るシナリオについて簡略な仮定をおいて評価した。得られた条件付格納容器破損確率(水蒸気爆発発生あたり)の平均値は圧力抑制プールにつき6.4$$times$$10$$^{-2}$$、ペデスタルにつき2.2$$times$$10$$^{-3}$$である。なお、これらは仮定した入力パラメータの範囲及び、保守的な簡略化により与えたフラジリティカーブに依存するものであることに留意する必要がある。

論文

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。

報告書

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。

論文

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

 被引用回数:2 パーセンタイル:77.6(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。

論文

Study on premixing phase of steam explosion of JAERI

山野 憲洋; 森山 清史; 丸山 結; H.Park*; Y.Yang*; 杉本 純

JAERI-Conf 97-011, p.447 - 466, 1998/01

シビアアクシデント時に発生し得る水蒸気爆発の初期条件である粗混合状態を知るためには、溶融物ジェットの分散と細粒化を調べる必要がある。そこで、原研ではALPHA計画において、ジェット分散実験を開始した。現在までに鉛ビスマス合金を飽和水中に落下する実験を2回行い、背後から照明をあてジェットの分裂挙動を高速度カメラで撮影するとともに、水蒸気発生量の時間変化を測定して映像と関連づけた。実験後にはデブリを回収して、その粒子径分布や形状を調べた。この実験を、原研で開発中のJASMINEコードにKelvin-Helmholtz不安定性に基づくジェットの分裂モデルを入れて解析したところ、ジェットの沈降速度を測定より遅く予測した。また、水蒸気発生量の予測値は水プール内の初期水温分布に強く依存することが示され、実験において計測を強化する必要があることが明らかになった。

論文

Study on steam explosion and molten core coolability in ALPHA program

山野 憲洋; 丸山 結; 森山 清史; 工藤 保; H.S.Park*; 杉本 純

Proc. of 11th KAIF/KNS Annual Conf., 0, p.827 - 838, 1996/00

原研のALPHA計画では溶融炉心冷却材相互作用試験において、原子炉のシビアアクシデント時に溶融炉心と冷却材が接触した場合に起こる種々の相互作用について広範な研究を実施している。溶融物落下水蒸気爆発実験では、溶融炉心が冷却材中に落下した場合の水蒸気爆発の特性や種々のパラメータが水蒸気爆発の発生に与える影響について調べている。溶融物冷却性実験では、アクシデントマネジメントとして溶融炉心に冷却材を注入した場合を想定し、注水モードによる相互作用の違いを調べた。これらの研究から得られた成果は国のアクシデントマネジメントの検討等にも用いられている。新たにTMI-2号炉事故でみられたような圧力容器内底部に溜まった水中に溶融炉心が流れ込んだ場合の溶融炉心の冷却機構を調べる研究を開始した。これらの実験研究とともに、水蒸気爆発解析コードJASMINE等、計算モデルの開発も実施している。

報告書

水蒸気爆発解析コードJASMINEの開発

森山 清史; 山野 憲洋; 丸山 結; 工藤 保; 永野 勝尋*; 荒木 和博*; 杉本 純

JAERI-Data/Code 95-016, 50 Pages, 1995/11

JAERI-Data-Code-95-016.pdf:1.61MB

原子炉のシビアアクシデント時に格納容器の健全性を脅かす可能性を持つと考えられている水蒸気爆発現象の全過程のシミュレーションを目的とした解析コードJASMINE(JAeri Simulator for Multiphase INteraction and Explosion)を開発している。粗混合過程に関するモデルは(株)富士総合研究所が開発した粗混合解析コードMISTRALを基に、多相間の相互作用を記述する構成式や流動様式モデル等を粗混合過程解析のために変更したものである。試計算として固体粒子と水の混合についてのGlibertsonらの非加熱体系の実験、Angeliniらの加熱粒子を用いた実験(MAGCO)の条件で解析を行い、実験結果および他のコードの計算結果との比較を行った。

論文

Overview of vapor explosions in nuclear power safety

杉本 純

Proc., Seminar on the Vapor Explosions in Nuclear Power Safety,Kanzanji 1995, 0, p.1 - 15, 1995/00

原子力安全における蒸気爆発について、歴史的背景、蒸気爆発現象の概要と特徴、原子炉事故との関連、主要な研究課題、研究の現状、国内外の関連する動向などを概括した。特に、原研で実施しているALPHA計画における蒸気爆発実験とJASMINEコード開発について内容の一端を紹介している。

口頭

格納容器内先行注水による溶融炉心冷却挙動に関する研究,4; JASMINEコードにおけるジェットブレークアップモデルの改良

松本 俊慶; 川部 隆平; 杉山 智之; 丸山 結

no journal, , 

シビアアクシデント時の溶融炉心放出への対策として、格納容器下部への先行注水が検討されている。ジェット状に水中に落下する溶融炉心の冷却性評価手法の高度化のため、JASMINEコードの改良を行った。また、実験の解析を行い、高度化に必要な課題の検討を行った。

口頭

格納容器内先行注水による溶融炉心冷却挙動に関する研究,3; JASMINEコードにおける溶融炉心床上拡がり挙動モデルの改良

川部 隆平; 松本 俊慶; 杉山 智之; 丸山 結

no journal, , 

シビアアクシデント時に溶融炉心が格納容器の水プール中に落下する際の格納容器床面上における溶融炉心の拡がりと冷却挙動を評価するため、機構論的溶融炉心/冷却材相互作用解析コードJASMINEのモデルを改良し、スウェーデン王立工科大学において実施された高温溶融炉心模擬物の拡がりに係わるPULiMS実験を解析した。実験の観察結果及び測定結果との比較から、解析結果は拡がり面積を過大に評価する傾向が示されたが、水の冷却によって形成される上面クラスト、床面への放熱により形成される底面クラスト及び両クラストの間を移動する溶融物から成る三層構造で床面上を拡がる溶融炉心をモデル化した改良が妥当であることを確認した。

口頭

Improvement of fuel-coolant interaction models for ex-vessel debris coolability evaluation

松本 俊慶; 川部 隆平; 杉山 智之; 丸山 結

no journal, , 

In severe accident at nuclear power stations, molten core materials can fall into the cavity/pedestal space of containment vessel (CV) after lower head failure. Molten core materials can erode the base mat concrete and generate combustible gases. The core coolability is a key issue for the integrity of CVs. Water injection into the CV is one of the accident management measures to mitigate the molten core concrete interaction (MCCI). Model improvements for the JASMINE code were conducted to improve the capability of the assessment of MCCI. The Rosin-Rammler distribution was implemented as the jet breakup particle diameter distribution. A crust formation model was also implemented to simulate molten core solidification in spreading on the floor. The improved models were applied to the analyses of the DEFOR-A and PULiMS tests conducted by the Royal Institute of Technology (KTH, Sweden) to investigate the jet breakup and melt spreading on the floor in water pool using core simulant materials.

口頭

格納容器内先行注水による溶融炉心冷却挙動に関する研究,1; JASMINEコードにおけるブレークアップ粒子結合モデルの開発

松本 俊慶; 川部 隆平; 安島 航平; 杉山 智之; 丸山 結

no journal, , 

シビアアクシデント時の溶融炉心/コンクリート相互作用(MCCI)防止対策の有効性評価の高度化に向けてJASMINEコードの改良を進めている。本研究では、溶融物の粒子化割合を適切に評価するため、高温粒子同士の結合による塊状デブリ生成(アグロメレーション)モデルを導入し、スウェーデン王立工科大学によるDEFOR-A実験の解析に適用し、プール深さとアグロメレーション割合の関係を定性的に再現した。

口頭

格納容器内先行注水による溶融炉心冷却挙動に関する研究,2; JASMINEコードにおける溶融炉心床上拡がりモデルの改良と解析

川部 隆平; 松本 俊慶; 安島 航平; 杉山 智之; 丸山 結

no journal, , 

MCCI防止対策の有効性評価において重要なパラメータである溶融炉心とコンクリートの界面面積を適切に評価するため、JASMINEコードの溶融炉心床上拡がりモデルを改良し、PULiMS実験及びBWR実機条件での解析に適用した。PULiMS実験結果との比較より、今回のモデルは径方向の拡がり速度を概ね再現できたが、水への伝熱を過小評価し、最終的な溶融物拡がり面積を過大評価する傾向があることが分かった。

口頭

JASMINEコードによる格納容器内溶融炉心冷却性

岩澤 譲; 松本 俊慶; 川部 隆平; 安島 航平; 杉山 智之; 丸山 結

no journal, , 

軽水炉シビアアクシデント時における格納容器内での溶融炉心冷却性を評価する手法を開発することを目的として、JASMINEコードの改良を行った。溶融炉心冷却性には、生成した溶融炉心の粒子同士が結合して塊状(アグロメレーション)となる現象に加えて、溶融炉心が格納容器床面を広がる現象が重要となる。JASMINEコードに組み込まれたこれらの現象に関するモデルを、スウェーデン王立工科大学で実施されたDEFOR-A実験とPULiMS実験をもとに改良した結果、実験結果の予測性能が向上した。

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