低い温度伝導率を持つ高温金属融体のトリガリング現象の研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08216203
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 石川 迪夫 北海道大学, 工学部, 教授 (90232272)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 杉山 憲一郎 北海道大学, 工学部, 助教授 (10002015)
• Keywords: 蒸気爆発 / 自然的トリガリング / 組織的運動 / 大規模構造 / 溶融金属 / クラスト / 塩類水溶液

Research Abstract

本研究の目的は、マシ-ゾーンを含めた表面クラストの役割の再検討にあり、流体の組織的運動に基づく「大規模構造」の発生を意識しつつ、多量の熱エネルギーを持つ高温融体の水中落下挙動を観察することである。すなわち、高温融体が潜熱を含めて多量の熱エネルギーを保持した状態で、冷却材と流体力学的に相互作用した場合、高温融体の凝固と冷却材の沸騰という相変化が生じる系でどのような大規模構造(形)が発生し、蒸気爆発に至る熱流体力学的挙動にどのような影響を与えるのかを検討することである。
実験は、昨年度報告している溶融錫の知見との関連も意識し、塩類水溶液(NaCl,CaCl_2)のクエンチ領域を利用し、これまでは自発的蒸気爆発が発生しないとされてきた溶融亜鉛(20g)を主体に対比のため溶融銅も利用して蒸気爆発現象を観察した。これらの観察に基づけば、昨年度に報告した冷却材のエントレインメントに基づくクラスト内部での自発的トリガリングは、クエンチ領域では溶融物の種類に関わらず、普遍的現象であることが明らかになった。
具体的に次の結論を得た。
(1)水中では通常発生しない溶融亜鉛の水蒸気爆発が塩類水溶中では容易に発生した。なお、水蒸気爆発はNaCl水溶液中よりもCaCl_2水溶液中(小さなサブク-ル度かつ低い塩濃度でも)で容易に発生した。
(2)水中では発生しにくい溶融銅の水蒸気爆発が、CaCl_2水溶液中(大きなサブク-ル度かつ高い塩濃度で)で発生した。
(3)いずれの実験でも流体工学でいうところの組織的運動に基づく大規模構造と見なせる花瓶状のクラストが出来、冷却材がエントレインメントされた後に、下端の内部から水蒸気爆発が生じた。
(4)昨年度報告した溶融錫での水蒸気爆発現象を含め、数十から百グラムの溶融物がクエンチ環境下を落下する場合、クラストの拘束効果が自発的トリガリングを引き起こしていると推定される。

Research Products

• [Publications] Y. Suzuki et al.: "Interaction Phemomena of Water with Partially Crusted-Molten Tin & Zinc" Prot. of 5th Int. Topical Meeting on Nuclear Thermal-Hydraulias, Operation & Safety. (印刷中). (1997)
• [Publications] Y. Takigahira et al.: "Spontaneous Vapor Explosion of Molten Metals in Salt Salutions" Prot. of 5th Int. on Nuclear Engineering. (印刷中). (1997)