蒸気爆発のメカニズム及び圧力波発生・エネルギー転換に関する基礎研究

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02402058
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 宮崎 慶次 大阪大学, 工学部, 教授 (40029202)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西川 雅弘 大阪大学, 工学部, 教授 (50029287) ; 井上 正二 大阪大学, 工学部, 教務職員 (10203233) ; 斉藤 正樹 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助教授 (30215561)
• Keywords: 蒸気爆発 / 圧力波 / エネルギー転換 / 原子炉安全工学 / 溶融金属 / 熱的相互作用 / 膜沸騰 / 炉心溶融

Research Abstract

平成3年度の溶融錫-水系及び溶融アルミニウム-水系の実験を継続的に発展させた。また、表面酸化の影響を避けるため金球を用いて、水中での膜沸騰形成と崩壊特性に関する実験を行い、成果を得た。
(1)溶融アルミニウム上への水柱落下時の熱的相互作用
実験方法は、前年度と同様に、内径31mmの衝撃波管試験部を用いて、長さ1mの水柱を膜破断により700〜800℃の溶融アルミニウム・プール上へ落下させ、発生圧力と水柱の運動速度を測定し、エネルギー転換率の評価を行った。破断膜と溶融プールの間の空間を真空とし、落下距離が15cmだと安定な蒸気膜のため激しい熱的相互作用が起こり難く、溶融錫よりもかえって緩やかになる。落下距離を65cm程度にすると、安定な蒸気膜が衝撃により破壊され熱的接触が密になり、800℃及び750℃では激しい相互作用が発生する。しかし、700℃では激しい相互作用は起こり難くくなる。これは接触境界面温度の理論値がアルミニウムの融点660℃を下回り、表面固化が起こり易くなるためと考えられる。その他、錫とアルミニウムについて多くの実験結果を得ているが、爆発現象であるため、データのばらつきが大きく、有為の結論を下すには慎重な検討が必要である。成果は纏めて公表の予定である。
(2)水中の高温金属球の膜沸騰形成及び崩壊(クエンチ)特性
直径31.8mmの純金球及び直径25.4mmの304SS球を250〜700℃に加熱して、膜沸騰形成温度とクエンチ温度を測定した。
(3)当初予定していた液体金属実験は、水実験の結果がばらついて試験回数が増したことと、安全性に対する万全の配慮のため、本科研終了後になるが先送りした。原子炉安全性への適用性としては、本研究でのエネルギー転換率は、希に1%を越すが、殆どの場合1%以下に留まっていることから、高温においても大幅には増加しないと推測される。

Research Products

• [Publications] Keiji MIYAZAKI,et al.: "Pressure Waves and Energy Conversion in Thermal Interaction of Dropping Water Column on Molten Metal Pool" Journal of Nuclear Science and Technology.
• [Publications] Kenji MIYAZAKI,et al.: "Thermal Interaction of Molten Tin Droplets in Water Pool" Journal of Nuclear Science and Technology.
• [Publications] Kenji MIYAZAKI,et al.: "Stable Film Boiling of Water around Hot Sphere Metals and Quench Characteristics" Journal of Nuclear Science and Technology.