粒子法による水冷却原子炉内のドライアウト現象の数値解析

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14380232
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 岡 芳明 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40011225)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石渡 祐樹 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (10334319) ; 越塚 誠一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (80186668)
• Keywords: 原子炉 / 熱流動 / 気液二相流 / 数値解析 / 粒子法 / ドライアウト / 沸騰遷移 / 液滴

Research Abstract

沸騰水型軽水冷却炉では、炉心上部において環状噴霧流になり、そこでのドライアウトが熱的制約条件となる。そして、ドライアウトを精度良く解析できることが設計および安全のために重要である。これまで研究代表者らが開発してきたMPS (Moving Particle Semi-implicit)法は、格子を必要としない数値解析法であり、液滴の分裂や合体を容易に解析することができる。本研究では、MPS法を用いてドライアウトの直接シミュレーションを試みる。
平成14年度は、(1)有限体積法と粒子法とを組み合わせた手法の開発、および、(2)沸騰水型軽水炉の炉心条件における液滴の運動の直接シミュレーション、をおこなった。
まず、有限体積法と粒子法を組み合わせた手法については、液相と気相の両相を有限体積法で計算するとともに、液相だけを粒子法で計算する手法を開発した。これを用いて自由液面流れの基本問題を解析し、実験と一致する結果を得た。今後、界面での数値安定性の向上、有限体積法と粒子法の相互作用の部分の計算の改良をおこなっていく予定である。
液滴の運動については、まず、接触角の粒子計算モデルを新たに開発した。これを用いて、液滴が壁面に衝突し、跳ね返るという現象の計算をおこない、実験と一致する結果を得た。次に、薄い液膜に液滴が衝突する解析を、沸騰水型軽水炉における条件のもとでおこない、液滴が液膜に完全に吸収される場合と、液滴の衝突によって一部の水が液膜から飛散する場合があることがわかった。今後、こうした液滴の振る舞いに対する、液滴径や液膜厚さなどのパラメータの影響を調べるとともに、従来用いられてきた相関式や実験データとの比較検討をおこなう予定である。

Research Products

• [Publications] S.Heo: "Numerical Analysis of Boiling on High Heat-Flux and High Subcooling Condition using MPS-MAFL"Int. J. Heat Mass Transfer. 45. 2633-2642 (2002)
• [Publications] S.Koshizuka: "Advanced Numerical Analysis for Complex Thermal-Hydraulics in Nuclear Engineering"Proc. Int. Congress of Advanced Nuclear Power Plants (ICAPP). No.1204 (2002)
• [Publications] K.Shibata: "Numerical Analysis of Jet Breakup Behavior using Particle Method"Proc. 5th JSME-KSME Fluids Engineering Conference. 1144-1148 (2002)
• [Publications] 柴田和也: "粒子法によるジェット分散挙動の数値解析"第7回計算工学講演会論文集. 7. 695-698 (2002)
• [Publications] H.Xie: "Numerical Analysis of Droplet Impact upon Solid Surface with Wettability"日本原子力学会2003春の年会. (to be published). (2003)
• [Publications] L.Jie: "Computation of Multiphase Flow by Coupling the MIPS Method with Mesh Method"日本原子力学会2003春の年会. (to be published). (2003)