静止ナトリウム液滴燃焼実験の解析と着火過程に関する考察

• Material Type: 文書・図像類
• Title: 静止ナトリウム液滴燃焼実験の解析と着火過程に関する考察
• Author/Editor: 山口 彰; 田嶋 雄次
• Author Heading: 山口 彰; 田嶋 雄次
• Publication Date: 1999-11
• Publication Date (W3CDTF): 1999-11
• Alternative Title: Numerical simulation of a liquid droplet combustion experiment focusing on ignition process
• Periodical title: JNC TN9400 99-087
• Text Language Code: jpn
• Target Audience: 一般
• Note (General): 高速炉のナトリウム燃焼安全評価プログラムSPHINCS(Sodium fire PHenomena IN multi-Cell System)は多室により構成される原子力施設内の燃焼と物質やエネルギーの移流・拡散を解く手法である。SPHINCSのスプレイ燃焼モデル検証と、液滴の着火現象と着火限界について考察することを本研究の目的とする。SPHINCSのスプレイ燃焼のモデルに従えば、液滴温度が高いほど、また液滴径が小さいほど着火しやすい。一方、液滴径と初期温度をパラメータとした静止液滴の着火実験によれば、250$^{\circ}C$のときにはいずれの液滴径でも着火せず、350$^{\circ}C$のときには全ての直径の液滴が着火した。ところが、300$^{\circ}C$ではもっとも小さい直径2mmの液滴は着火せず、3.7mmと4.5mmの液滴は着火した。この現象は既存のモデルでは説明できない。上記のナトリウム液滴の着火現象を解析するために、本研究では表面反応のモデルを提案した。そのモデルを用いて静止液滴の燃焼実験を解析し、着火現象に着目して液滴燃焼と表面反応のモデルの妥当性について考察した。その結果、液滴の初期温度と自発着火限界や着火遅れ時間の関係、水蒸気の影響などに関する実験結果を再現できることを示した。本解析により液滴の着火に至る過程が説明され、モデルの妥当性が概ね確認されたと言える。高速炉の安全評価の観点からは、単一液滴の着火過程、燃焼量評価、スプレイ燃焼影響の評価に至るまで、これまでの研究によりSPHINCSのスプレイ燃焼モデルの検証はなされた。現象論的には、表面反応速度定数の測定、液滴の着火温度と燃焼速度に及ぼす周囲雰囲気の影響の検証データ取得が望まれ、それにより解析コード群の定量的な精度評価と安全解析の確度を示すことが可能になると考えられる。さらに、スプレイ燃焼については現状の評価が燃焼量を過大に評価すると考えられ、液滴群の直径分布関数の妥当性評価、複数液滴が燃焼するときの相互作用の評価方法の確立が研究課題である。; SPHINCS (Sodium Fire Phenomenology IN multi-Cell System) computer program has been developed for the safety analysis of sodium fire accident in a Fast Breeder Reactor. The program can deal with spray combustion and pool surface combustion. In this report the authors investigate a single droplet combustion phenomena focusing on an ignition process. The spray combustion model of SPHINCS is as follows. The liquid droplet-burning rate after ignition is based on the D-square law and a diffusion flame assumption. Before the droplet is ignited, the burning rate is evaluated by mass flux of oxidizer gases. Forced convection effect that skews the sphere shape of the flame zone surrounding a droplet is taken into consideration. It enhances the burning rate. The chemical equilibrium theory is used to determine the resultant fraction of reaction products of Na-O$_{2}$-H$_{2}$O system. It is noted that users have to give an ignition temperature based on empirical evidences. According to this model, it is obvious that a smaller liquid droplet with higher initial temperature tends to burn more easily. What is observed in a recent experiment is that the smallest liquid droplet (2mm diameter) did not ignited of itself and larger droplets (3.7mm and 4.5mm diameter) burnt at 300$^{\circ}$C initial temperature. The current model for liquid droplet combustion cannot predict the experimental results. Therefore, in the present study, a surface reaction model has been developed to predict the ignition process. The model has been used to analyze a combustion experiment of a stationary liquid droplet. The authors investigate the validity of the physical modeling of the liquid droplet combustion and surface reaction. It has been found, as the results, that the model can predict the influence of the initial temperature on the temperature lower limit for spontaneous ignition and ignition delay time. Also investigated is the influence of the moisture on the ignition phenomena. From the ...
• Source: /JNC-TN9400-99-087.pdf （fulltext）; https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/JNC-TN9400-99-087.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.: 高速炉のナトリウム燃焼安全評価プログラムSPHINCS(Sodium fire PHenomena IN multi-Cell System)は多室により構成される原子力施設内の燃焼と物質やエネルギーの移流・拡散を解く手法である。SPHINCSのスプレイ燃焼モデル検証と、液滴の着火現象と着火限界につ...