Investigation on thermal striping phenomena in Five Jets Modelled Water Test (FIWAT) simulating Sodium-cooled Fast Reactor

ナトリウム冷却炉を模擬した5集合体水試験におけるサーマルストライピング現象の検討

相澤 康介 ; 小林 順 ; 小野島 貴光; 田中 正暁  ; 大野 修司  ; 上出 英樹 ; 長澤 一嘉*

Aizawa, Kosuke; Kobayashi, Jun; Onojima, Takamitsu; Tanaka, Masaaki; Ohno, Shuji; Kamide, Hideki; Nagasawa, Kazuyoshi*

アドバンストループ型ナトリウム炉であるJSFRでは、炉心上部のサーマルストライピング現象が課題である。制御棒から流出する低温ナトリウムと燃料集合体から流出する高温ナトリウムの混合により炉心上部機構下部の炉心計装取付板(CIP)において温度変動が生じ、そこで高サイクル熱疲労が生じる可能性がある。したがって、CIP周辺のサーマルストライピング現象を検討するため、1/3縮尺5集合体モデル水試験を実施した。試験装置は、中心に制御棒チャンネル、制御棒チャンネルの周囲4箇所に燃料集合体チャンネル、及びCIPを模擬した。高温噴流と低温噴流の温度差、高温噴流と低温噴流の流速比、流速比同一条件における高温噴流流速をパラメータとして試験を実施した。流量比はJSFRと同一とし、高温流速はJSFRの1/3としたケースをリファレンス条件とした。試験の結果、CIP近傍の温度変動挙動は流速比に依存することを示した。また、CIP近傍において、スパイク状の急峻な温度低下を伴う温度変動が確認された。このスパイク状の温度変動は、構造材に伝達する過程で大幅に減衰することを確認した。さらに、流体から構造材への熱伝達挙動を評価することにより、熱伝達特性を把握した。

Thermal striping phenomenon is one of the most important issues in an advanced loop type sodium cooled reactor JSFR. Temperature fluctuation caused by mixing of fluids at different temperature from the control rod channels and the core fuel assemblies may touch the Core Instrument Plane (CIP) at bottom of the Upper Internal Structure (UIS) and cause high cycle thermal fatigue there. In JAEA, the 1/3-scaled Five Jets Water Test (FIWAT) has been performed in order to investigate thermal striping phenomena around the CIP. In the FIWAT, the test section was simulating a control rod channel, adjacent four fuel subassemblies and a part of the CIP. The flow rate ratio and the absolute velocity of hot jets as the reference experimental condition were equal to that of the JSFR and a third of JSFR, respectively. In the experiment, it was shown that the fluid temperature fluctuation characteristics around the structure depended on the flow rate ratio. The temperature fluctuation which showed sudden decrease and recovery like a spike form was intermittently observed in the fluid near the structure. The amplitude of such spike-like temperature fluctuation in the fluid was much mitigated on the structure surface.