Study on numerical simulation of bubble and dissolved gas behavior in liquid metal flow

液体金属流れ中における気泡・溶存ガス挙動の数値解析手法の研究

伊藤 啓; 田中 正暁  ; 大野 修司  ; 大島 宏之

Ito, Kei; Tanaka, Masaaki; Ohno, Shuji; Ohshima, Hiroyuki

ナトリウム冷却高速炉の1次冷却系には、気泡もしくは溶存ガスの形態で不活性ガスが存在する。不活性ガスは、炉心反応度擾乱やIHX伝熱性能低下を引き起こす可能性があるため、高速炉の安定運転のためには不活性ガス挙動を調査する必要がある。しかし、不透明な液体金属中の不活性ガス挙動を実験的に調べることは困難であるため、著者らは、炉内における気泡・溶存ガス濃度分布を計算できるプラント挙動解析コードSYRENAを開発している。本研究では、SYRENAコード内で用いているモデルの高度化を行って解析精度の向上を図るとともに、様々な液体金属流れ場中の気泡挙動を解析するために必要となる新たなモデルの開発を行う。開発したモデルの検証としてナトリウム冷却大型高速炉の解析を行い、炉内の複雑な気泡挙動が計算できることを確認する。

In a sodium-cooled fast reactor, inert gas (bubbles or dissolved gas) exists in the primary coolant system. Such inert gas may cause disturbance in reactivity and/or degradation of IHX performance, and therefore, the inert gas behaviors have to be investigated to ensure the stable operation of a fast reactor. The authors have developed a plant dynamics code SYRENA to simulate the concentration distributions of the dissolved gas and the bubbles in a fast reactor. In this study, the models in SYRENA code are improved to achieve accurate simulations. Moreover, new models are introduced to simulate the various bubble behaviors in liquid metal flows. To validate the improved models and the newly developed models, the inert gas behaviors in the large-scale sodium-cooled reactor are simulated. As a result, it is confirmed that the complicated bubble dynamics in each component can be simulated appropriately by SYRENA code.