対向流拡散火炎の解析によるナトリウムプール燃焼特性評価

• Material Type: 文書・図像類
• Title: 対向流拡散火炎の解析によるナトリウムプール燃焼特性評価
• Author/Editor: 山口 彰; 田嶋 雄次
• Author Heading: 山口 彰; 田嶋 雄次
• Publication Date: 2001-07
• Publication Date (W3CDTF): 2001-07
• Alternative Title: Numerical investigation of non-premixed sodium pool combustion
• Periodical title: JNC TN9400 2001-070
• Text Language Code: jpn
• Target Audience: 一般
• Note (General): 液体金属ナトリウム燃焼は伝熱・流動、物質伝達、化学反応、エアロゾルの挙動が相互に関連する複合現象である。本研究では、ナトリウムプール燃焼時のこららの複合現象を解析する新しい手法を開発した。この手法では熱流動場を求めるために境界層近似を用いている。化学反応の定量化にはGibbsの自由エネルギー極小化法を用いている。化学反応と伝熱流動、物質伝達を反復的に解いており、同時にふく射伝熱と反応によって生成されるエアロゾルの挙動も解いている。既往のナトリウムプール燃焼実験結果と数値シミュレーションの結果を比較した結果、両者は良好に一致した。プール燃焼時の燃焼率、火災温度、火災高さ、プール中のナトリウム温度に関する実験結果を矛盾無く説明できる。特に、実験において観察されたプール温度がある温度よりも上昇しないという事実を数値解析によって伝熱メカニズムを調べることによって説明した。実験では、プール温度を1003K(730$^{\circ}C$)以上に維持することはできず、このことは他の熱源がなければプール下のライナの温度もこれ以上には上昇し得ないことを示している。すなわち、このような特徴は飽和蒸気圧の低いナトリウム燃焼の固有の特徴であり、燃焼を抑制するフィールドバックが作用すると結論できる。今後の課題として、ふく射伝熱に影響するエアロゾルの光学的特性の測定、境界層内部での微視的な温度や濃度分布の測定が望まれる。なお、初生エアロゾルの粒径分布に関しては、文献調査等により、個数基準中央半径で0.1um、幾何標準偏差は2.0が適切であるとの結論を得た。; Liquid sodium combustion is a coupled phenomenon of heat and mass transfer, chemical reaction and aerosol dynamics. This paper presents numerical investigation of the coupled phenomena of the sodium pool combustion using a new computational tool based on a flame sheet model. The boundary layer equations are solved to obtain the thermal hydraulic field above the pool surface. The chemical reaction is evaluated with the chemical equilibrium model using Gibbs free energy minimization method. The chemical reaction and heat and mass transfer are solved interactively considering radiation heat transfer and behavior of reaction product aerosols. Numerical results are compared with sodium pool combustion experiments and the agreement is excellent. The computations reproduce the experimental observations concerning burning rate, flame temperature and flame height, consistently. Particulaly the mechanism of the experimental evidence that pool temperatures do not exceed 1000 K is clarified based on the computations. In other words, the steel liner temperature would stay below the limiting temperature. It is an intrinsic feature that the sodium pool combustion is self-limited and negative feedback seems to be at work. Further research needs are estimation of the optical characteristics of aerosols for radiation heat transfer and measurement of the temperature and chemical species distributions in vicinity of the flame. The information is useful to investigate the sodium combustion phenomena in more detail.
• Source: /JNC-TN9400-2001-070.pdf （fulltext）; https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/JNC-TN9400-2001-070.pdf
• Access Restrictions: 限定公開
• Data Provider (Database): 国立情報学研究所 : 学術機関リポジトリデータベース（IRDB）（機関リポジトリ）; https://irdb.nii.ac.jp
• Original Data Provider (Database): 日本原子力研究開発機構 : JOPSS:JAEA Originated Papers Searching System

• Summary, etc.: 液体金属ナトリウム燃焼は伝熱・流動、物質伝達、化学反応、エアロゾルの挙動が相互に関連する複合現象である。本研究では、ナトリウムプール燃焼時のこららの複合現象を解析する新しい手法を開発した。この手法では熱流動場を求めるために境界層近似を用いている。化学反応の定量化にはGibbsの自由エネルギー極小化法...