材料-熱流動ハイブリッド法による福島第一原子力発電所燃料デブリ分布推定

使用材料-热工水力混合方法估算福岛第一核电站燃料碎片分布

• 批准号: 22KJ0884
• 负责人: 横山 諒
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0884/
• 关键词: 燃料デブリ; シビアアクシデント; 粒子法; コリウム; 福島第一原子力発電所; 溶融凝固

福島第一原子力発電所事故により発生した燃料デブリの取り出しを安全かつ最適に実行するためには、燃料デブリの位置、特性等を含む燃料デブリ分布を推定することが極めて重要である。令和４年度は、燃料デブリ分布推定を行う上で重要な、熱流動現象に関する系統実験及び数値解析モデル開発を行なった。まず、福島第一原子力発電所事故時、溶融した高温高粘性物質は水中へ落下し、拡散・凝固したと考えられている。よって、水位やサブクール度等の熱的パラメータを変更した溶融金属jet水中落下に関する系統実験を実施し、実験式の構築を行なった。提案した実験式より、溶融物の水中での凝固現象が溶融金属の慣性力と凝固特性のバランスによって変化することが定量的に明らかとなった。また、固体ー液体を統一的に取り扱うことができる粒子法、Moving Particle Hydrodynamics（MPH)と乱流解析手法であるLarge Eddy Simulation (LES)を組み合わせたMPH-LES法を開発し、水中での溶融物の凝固特性を解析した。その結果、本手法の妥当性を評価するとともに、水位に依存した凝固特性を解明した。次に、上記の高温高粘性物質の実験において世界的な実績を有するフランス　原子力・代替エネルギー庁（CEA)へ渡航し、共同研究を実施するとともに、実機模擬物質を用いたVULCANO VE-U9実験の解析をMPH法を用いて解析した。実験では、床面溶融を伴う犠牲材コンクリートと床面溶融を伴わない不活性セラミックスを用いて実験を実施した。床面の条件に応じた、境界条件を開発し、床面が高温高粘性物質の拡散に与える影響を評価した。解析結果は実験を良好に再現し、特に床面溶融の条件では、溶融物が潤滑剤の役割を果たし、拡散を促進させることを明らかにした。

Fukushima Daiichi nuclear power plant accident occurred, fuel extraction, safety, optimal operation, fuel extraction location, characteristics, etc., including fuel extraction distribution, estimation, extremely important. In 2010 and 2014, it was important to estimate the fuel distribution, system performance and numerical analysis related to thermal flow phenomena. During the Fukushima Daiichi nuclear power plant accident, melting, high temperature and high viscosity substances fell into the water, dispersed and solidified. The system is implemented and constructed according to the temperature, water level, etc. of molten metal jet. Solidification of molten metal in water is a quantitative phenomenon. Particle method, Moving Particle Hydrodynamics (MPH) and Turbulence Analysis Method, Large Eddy Simulation (LES) are used to develop MPH-LES method and analyze solidification characteristics of dissolved substances in water. The results of this method are discussed in detail below. In addition, the above mentioned high temperature and high viscosity substances have been used in the world for the implementation of atomic force, replacement of CEA, joint research and implementation of VULCANO VE-U9 and MPH method. In the case of bed surface melting, it is necessary to carry out the process of material melting and bed surface melting The bed surface conditions, boundary conditions, bed surface high temperature high viscosity material dispersion and impact of the evaluation The analysis results show that the conditions for the dissolution of the bed surface are very good, and the dissolution of the lubricant is very effective.

项目成果

A Lagrangian approach to ex-vessel corium spreading over ceramic and concrete substrates using moving particle hydrodynamics

利用移动粒子流体动力学在陶瓷和混凝土基底上铺展血管外真皮的拉格朗日方法

• DOI: 10.1016/j.nucengdes.2022.112029
• 发表时间: 2022
• 期刊: Nuclear Engineering and Design
• 影响因子: 1.7
• 作者: Yokoyama Ryo;Kondo Masahiro;Suzuki Shunichi;Johnson Michael;Miwa Shuichiro;Pellegrini Marco;Denoix Arthur;Bouyer Viviane;Journeau Christophe;Okamoto Koji
• 通讯作者: Okamoto Koji

Simulation of highly viscous melt spreading using a particle method under no-slip and slip boundary conditions

在无滑移和滑移边界条件下使用粒子法模拟高粘性熔体铺展

• 发表时间: 2022
• 作者: Ryo Yokoyama;Masahiro Kondo;Shunichi Suzuki;Shuichiro Miwa;Marco Pellegrini;Michael Johnson;Athur Denox;Viviane Bouyer;Chrostophe Journeau;Koji Okamoto
• 通讯作者: Koji Okamoto

Analysis of solidification behavior and substance distribution of stratified melt after melt spreading in water

水中熔体铺展后分层熔体的凝固行为和物质分布分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Ryo Yokoyama;Masahiro Kondo;Shunichi Suzuki;Koji Okamoto,
• 通讯作者: Koji Okamoto,

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Simulating melt spreading into shallow water using moving particle hydrodynamics with turbulence model

• DOI: 10.1007/s40571-022-00520-7
• 发表时间: 2022-10
• 期刊: Computational Particle Mechanics
• 影响因子: 3.3
• 作者: R. Yokoyama;M. Kondo;Shunichi Suzuki;K. Okamoto