1/1.8縮尺部分モデルによる原子炉容器内ガス巻き込み特性の評価; ガス巻き込み初生条件と発生メカニズムの把握

Water experiment on gas entrainment in reactor vessel using 1/1.8th scaled model; Evaluation of onset condition and mechanism

木村 暢之; 江連 俊樹 ; 中山 王克; 飛田 昭; 伊藤 真美*; 上出 英樹 

Kimura, Nobuyuki; Ezure, Toshiki; Nakayama, Okatsu; Tobita, Akira; Ito, Masami*; Kamide, Hideki

日本原子力研究開発機構ではFBR実用化戦略調査研究の一環として、ナトリウムを冷却材とした高速炉の検討を行っている。ガス巻き込みを含む炉上部プレナム内の流況を適正化するために、縮尺比1/1.8の大規模水流動試験体を製作し、ガス巻き込み現象を把握した。本試験体は、ガス巻き込み発生の要因となる下降流速が見られることから、出口配管(ホットレグ配管)を中心とする90度セクターを対象に、液面への流れを抑制するために設置されている水平板(ディッププレート、D/P)から液面までをモデル化した。ガス巻き込みの発生は可視化によって確認した。設計形状の体系(D/Pを2段で構成)では、定格時に予測される流速条件で、D/Pからの液位が定格時の液位の3%から100%の範囲でガス巻き込みの発生は見られなかった。D/Pを1段とした場合との比較から、D/Pを2段にすることで局所的な下降流速のピークを低減する効果があることがわかった。また、1段D/P形状で高液位(定格の50%の高さ以上)条件下では、周方向流速に依存してガス巻き込みが発生することが可視化結果、及び流速計測結果からわかった。発生条件は設計における定格条件に比べて、周方向流速で4倍以上大きいことがわかった。以上により、本体系の原子炉容器についてガス巻込み抑制の見通しが得られた。

An innovative sodium cooled fast reactor has been investigated in a frame work of the FBR feasibility study. One of the thermal hydraulic issues in this design is gas entrainment at free surface in the reactor vessel. Dipped plates (D/P) are set below the free surface in order to prevent the gas entrainment. We performed an 1/10th scaled model water experiment for the upper plenum of reactor vessel and flow optimization was done to reduce flow velocity near the free surface. However, previous studies showed that the gas entrainment depends on model scale. Then an 1/1.8th scaled model was also planned to confirm the phenomena in an enough large model. As a test section, 90 degree sector and region between the free surface and the D/P was modeled by 1/1.8th scale. Boundary conditions at D/P gaps and radial cross sections of sector ends were obtained by the 1/10th scaled full sector model. The gas entrainment was not observed in the model under the velocity condition of reactor full power operation at water levels higher than 3% of the normal height from the D/P in the case of double D/Ps geometry (current design). As for the case of single D/P geometry, it was found by the visualization and the velocity measurement that the gas entrainment occurred as the circumferential velocity increased at the water level higher than 50% of the normal height condition. It is shown that the gas entrainment in the reactor vessel will be eliminated in the current design approach.