2023 Fiscal Year Annual Research Report
Computational Scientific Study on Mechanism of Multiphase Thermal-Hydraulic Phenomena Related to IVR in Core Disruptive Accidents
| Project/Area Number |
21K04944
|
|---|
| Research Institution | Kyushu University |
|---|
Principal Investigator |
守田 幸路 九州大学, 工学研究院, 教授 (40311849)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | 計算科学 / 炉心損傷事故 / 粒子法 / 多相流 / 伝熱流動 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
高速炉の炉心損傷事故時の溶融燃料の原子炉内保持（IVR:In-Vessel Retention）を達成する上で重要な熱流動現象を解明するため、多成分多相流の伝熱・流動・相変化挙動等を高精で解析できる計算科学的手法（粒子法）を用いた解析的研究を実施した。これまで実施された高速炉安全性試験におけるIVRに関わる重要な支配現象を対象とした解析評価を行い、従前の経験モデルに基づく多流体モデル等の解析技術では高い精度での解析が困難な多成分多相流挙動に介在するメカニズムを解明し、定量的な評価を行なった。
まず、これまで実施された高速炉安全性試験おけるIVR達成のために重要な支配現象をレビューし、解析対象として日本原子力研究開発機構が実施したEAGLE ID1・ID2試験及び溶融噴流衝突挙動に係る試験を選定した。また、摘出された重要支配現象の一つである熱ふく射を粒子法で解析するモデルを新たに開発し、これを組み込んだ3次元粒子法解析コードを基盤技術として整備した。
同コードを用いて、EAGLE試験における炉心物質の溶融/固化を伴う複雑な多成分多相流の熱流動現象の解析を実施し、燃料ピン束の崩壊から溶融燃料プール形成による構造壁の熱伝達までの一連の挙動を解析した。その結果、構造壁の破損要因と推定される構造壁への高熱流束を生じさせる物理的なメカニズムが、溶融ステンレス鋼を介した核発熱を伴う燃料からの熱伝達であることを裏付ける結果を得た。
損傷炉心から噴流状に流出した高温の溶融炉心物質の衝突による炉内構造物の浸食挙動を対象とした3次元粒子法解析では、構造物の浸食挙動に影響を与える固化クラストの形成挙動について、実験的知見と比較することで、本解析手法の適用性について検証した。さらに、溶融した酸化物燃料噴流がステンレス鋼プレートに衝突する挙動を解析し、実機条件下でのプレート浸食挙動特性を明らかにした。
|
