| 研究概要 |
軽水炉の冷却喪失事故時における再冠水過程の安全性解析の一環として行なわれた単一管の再冠水実験において, 模擬燃料被覆管の曲げ振動が観察されるこたがあった. その振動は冷却水にサブクール度がある場合に励起されることが特徴で, クエンチ面(クエンチ点を周方向に結んだ線)が周方向に不均一に分布していることにより持つ応力が生じ, 振動させていると説明している. しかし, クエンチ面が規則的に不均一になる原因や, サブクール度の役割など不明な点が多い. 本研究では, 冷却水中に形成される温度成層に注目し, ほぼ飽和温度の高温液部とサブクール水部の界面に発生する界面波と模擬燃料被覆管の曲げ振動の関係から励振機構を明らかにすることを試みた. 単一加熱管急冷時の加熱管の曲げ振動に関して, 次の知見を得た.
(1)冷却水中に形成される温度成層の界面波によりクエンチ面に不均一分布が生じ, 熱応力により振動しているとの仮説をたて, その説について理論的に検討した. まず, 温度成層が形成される様子について流体力学的に数値解析し, クエンチ点上方に循環流が発生し, クエンチ点の下部から上方に向けて水の流れ込みがあることを明らかにした. 次に, 二重円筒内二層流体界面に発生する波動の振動周期を界面の密度がステップ的に変化している場合と, 連続的に変化している場合について求めた.
(2)上記振動機構が妥当であるか検討するために実験を行ない, 理論から予測される振動周期と実験から得られる周期がよく一致することが明らかになった. その結果, 加熱管の振動の原因が冷却水中の温度成層の界面波にある可能性が非常に強くなった.
(3)加熱管の振動が発生する限界を実験的に求め, その理由について検討した.
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