CFAST検証（NUREG 1934 付録A）
CFAST検証（NUREG 1934 付録A / Appendix A）
FRI3Dは、FDS生成に使用するものと同一の3DプラントモデルからCFAST入力デッキを生成します — 区画、自然換気口および機械換気口、漏気、熱境界、そして火源が含まれます。この生成 パイプラインは、米国NRC NUREG-1934（EPRI 1023259）付録A（Appendix A）— 主制御室（MCR） リファレンスシナリオに対して検証されています。公開されているNRCの CFASTモデルを無修正のままベースラインとして実行し、同一の部屋についてFRI3Dが生成した デッキを同一のCFASTビルドで実行して、両者を入力ごと・出力ごとに、3600 sのシミュレーション 全体にわたって比較します。
リファレンスケース
名目上密閉されたMCRにおける702 kWの電気キャビネット火災（NUREG/CR-6850のt²プロファイル、 XPE/Neoprene燃料、CO収率0.082、すす収率0.175、放射割合0.53）で、還気口2基 （各6.71 m³/s）および給気口6基（各2.24 m³/s）がt = 120 sで通常流量から全排煙パージ 流量へステップ的に切り替わり、壁／床の漏気比は0.0002 / 0.0001です。シミュレーション 継続時間は3600 sです。
入力デッキ比較
FRI3Dが生成したデッキのすべての入力グループを、NRCモデルに対してフィールドごとに 比較しました。対象は、シミュレーション制御、周囲条件、区画形状と漏気、熱物性 （天井／壁／床の材料）、壁換気口、機械換気（流量、設置高さ、フィルタおよびドロップオフ 設定、流量比ランプ）、そして火災仕様（化学組成、燃焼熱、HRR曲線、収率）です。 すべてのフィールドが一致しており、次の2点の把握済みの差異があります。
- 区画平面形状。 MCRは長方形ではないため、両モデルとも等価な直方体に平坦化しています。 NRCは室容積と表面積の両方を保存（27.1 × 13.8 × 5.2 m）した一方、FRI3Dは容積を保存 （24.04 × 15.83 × 5.08 m）しています。容積は同一で、平面形状がわずかに異なります。
- 換気口の下端／上端（sill/soffit）の丸め誤差。 FRI3Dの3Dモデルにおける換気口配置に 由来するミリメートルレベルのものであり、換気口の寸法は同一です。
結果
3600 sの実行にわたる同時刻比較です（FRI3D生成デッキ vs NRCベースライン）。
| t (s) | HRR (kW) FRI3D / NRC | 上部層温度 (°C) FRI3D / NRC | 層高さ (m) FRI3D / NRC | 上部層O₂ (%) FRI3D / NRC |
|---|---|---|---|---|
| 300 | 122.9 / 122.9 | 26.5 / 25.9 | 4.91 / 4.91 | 19.86 / 19.93 |
| 600 | 489.1 / 489.1 | 41.4 / 40.6 | 4.90 / 4.90 | 18.30 / 18.39 |
| 900 | 702.0 / 702.0 | 51.4 / 51.1 | 4.90 / 4.90 | 17.39 / 17.39 |
| 1200 | 702.0 / 702.0 | 52.8 / 52.8 | 4.90 / 4.90 | 17.39 / 17.39 |
| 1800 | 332.5 / 332.5 | 41.4 / 41.9 | 4.91 / 4.91 | 18.73 / 18.69 |
| 3600 | 0.0 / 0.0 | 25.0 / 25.1 | 4.94 / 4.94 | 20.30 / 20.19 |
実行全体にわたるピーク値／極値です。
| 物理量 | FRI3D | NRC | 差 |
|---|---|---|---|
| 上部層温度ピーク | 52.8 °C | 52.8 °C | +0.1 % |
| 層高さ最小値 | 4.90 m | 4.90 m | −0.1 % |
| 区画圧力ピーク | 38.0 Pa | 37.0 Pa | +2.7 % |
| HRRピーク | 702 kW | 702 kW | 0 % |
| 上部層O₂最小値 | 17.39 % | 17.39 % | 0 % |
| 上部層CO₂ピーク | 1.805 % | 1.805 % | 0 % |
| 上部層光学濃度ピーク | 13.28 /m | 13.27 /m | +0.1 % |
FRI3D generated CFAST deck vs NRC CFAST baseline — smoke purge
過渡変化の全体を通して、主要な物理量における瞬時相対差の最大値は、上部層温度で4 %、 層高さで2.3 %、区画圧力で6 %であり、これらは前述の容積等価な平面形状の差異に 起因します。これより大きな相対的乖離は、大きさがゼロに近い量にのみ現れますが、 そのような場合には相対値による評価は意味を持ちません。
結論
FRI3Dが生成したCFASTデッキは、NRC NUREG-1934 MCRベースラインを、すべての層・圧力・ 化学種の物理量について数%以内で再現しており、ピーク値は実質的に完全に一致しています。 唯一の系統的なモデル化上の差異である容積等価な区画平面形状は文書化されており、 その影響は上記のパーセンテージの範囲内に収まっています。
参考文献
- NUREG-1934 / EPRI 1023259, Nuclear Power Plant Fire Modeling Analysis Guidelines, Appendix A: Main Control Room（付録A: 主制御室）.
- NUREG-1824 / EPRI 1011999, Verification and Validation of Selected Fire Models for Nuclear Power Plant Applications（CFAST巻）.