2013 Fiscal Year Annual Research Report
全電源喪失時炉心溶融事故回避のための蒸気インジェクタによる静的炉心注水系の研究
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25289345
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
森 治嗣 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00611485)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
奈良林 直 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10419947)
阿部 豊 筑波大学, システム情報工学研究科(系), 教授 (10241720)
坂下 弘人 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00142696)
三輪 修一郎 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00705288)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 原子力発電プラント / 安全性 / 炉心注水 / 蒸気インジェクタ / 全電源喪失 / シビアアクシデント |
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| Research Abstract |
今年度に計画した、既存の高圧実験用蒸気発生装置を利用した蒸気実験設備製作については、蒸気インジェクタ本体の設計と製作及び計測系ならびに必要な付帯設備導入を完了した。作動試験については同型の蒸気インジェクタを用い別途低圧試験を行い充分な作動を確認した。また蒸気インジェクタ可視化データおよび詳細な熱水力状態のデータ取得につては、予備的な試験として熱水力学的面から蒸気インジェクタの起動及び安定作と作動限界等に関わるデータを取得し学術的な面から現象を検討した。すなわち蒸気インジェクタの二相流挙動が作動特性におよぼす影響を解明することを目的とし、吐出噴流に着目して圧力計測と可視化計測を行った。これにより吐出噴流においても負圧である領域が存在し、可視化計測にて確認した流動構造の変化する地点において正圧へと急激に圧力が上昇することを明らかにした。さらにこの吐出噴流の電気抵抗を計測することで二相流領域の存在範囲と吐出圧力の関係について考察した。これにより蒸気インジェクタの作動に関する最適化を図ることが可能である。また計測結果と解析シミュレーション数値解析の比較評価によるコード検証及び解析による最適化検討については、今年度予備可視化試験で得られた成果と、過去に実験等を元に提案された蒸気インジェクタ内での凝縮現象に関わる理論及び構成式のレビュー結果を用い継続して検討を行い今後の解析に反映させる。学会発表については研究継続期間を通して積極的に学会等に発表する予定で、日本原子力学会2014春年会で一部を発表し、また国際会議NUTHOS-10においても成果の一部を発表予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
(１)今年度に計画した、既存の高圧実験用蒸気発生装置を利用した蒸気実験設備製作については、蒸気インジェクタ本体の設計と製作及び計測系ならびに必要な付帯設備導入を完了した。
(２)作動試験については同型の蒸気インジェクタを用い別途低圧試験を行い充分な作動を確認した。蒸気インジェクタの起動及び安定作と作動限界等に関わるデータを取得し、学術的な面から現象を検討し、これにより蒸気インジェクタの作動に関する最適化を図ることが可能である。
(３)また計測結果と解析シミュレーション数値解析の比較評価によるコード検証及び解析による最適化検討については、蒸気インジェクタ内での凝縮現象に関わる理論及び構成式のレビュー結果を用い継続して検討を行っている。
(４)学会発表については、日本原子力学会2014春年会で一部を発表した。また国際会議NUTHOS-10においても成果の一部を発表予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
(１)高圧用蒸気インジェクタ作動試験と数値解析
平成26年度以降は、予備試験データを基に高圧用蒸気インジェクタの全電源喪失の作動条件下で、最適な形状の設定のための試験を継続して実施する。今までの研究から、
①混合ノズル長さ、②蒸気入り口形状、③ドレイン孔位置、④非凝縮ガス混入割合、④蒸気および水噴流量等の形状パラメータおよび流体条件が、蒸気インジェクタ内部での気液混相流動と熱輸送に影響することから、予備試験で検証した解析結果と突き合わせて試験を実施する。また数値解析コードの適用整備と中心水噴流型等の蒸気インジェクへの解析適用を継続して図り、実験および解析の両面から蒸気インジェクタ形状及び作動の最適化を図る。作動試験と解析結果の比較による検証。Kelvin-Helmholtz不安定波長等を崩壊条件とした場合の噴流崩壊条件予測法の評価と噴流の安定性の評価を行う。
(２)高圧蒸気用蒸気インジェクタ可視化データおよび詳細な熱水力状態のデータ取得
平成26年度以降は、高圧用蒸気インジェクタ内部の噴流構造や凝縮が起きる気液界面の詳細データを基に高圧用蒸気インジェクタが安定に作動する条件と作動限界を明らかにする。特に平成26年度以降は、炉心溶融事故に発生する非凝縮性ガスの影響を考慮して、非凝縮性ガス混合時の作動条件を明らかにする。また非凝縮性ガス混入にもロバスト性の高い、高圧用蒸気インジェクタの形状検討を実施する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
高圧蒸気インジェクタ試験を実施するにあたっては低圧による蒸気インジェクタ試験を参考にし実施するが、低圧試験で作動限界に関わる貴重なデータが得られたので、それらのデータを慎重に検討してから高圧試験に移行することとした。そのため物品費と人件費を抑えまた学会発表等に関わる旅費関連支出が抑えられ試験関連費を次年度に繰り越すこととした。ただしその他には低圧予備試験費と分析評価用解析コード使用料がまとめて計上されている。
平成２６年度は前年度の低圧試験で得られた結果を基に、高圧蒸気インジェクタ試験を加速する。そこで得られたデータを評価し蒸気インジェクタ及び試験ループ改造を行い全電源喪失時を想定した原子炉注水用蒸気インジェクタ試験を計画通り実施しその最適化を図る。
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