Development of unstructured mesh-based numerical method for sodium-water reaction phenomenon

ナトリウム-水反応現象に対する非構造格子解析手法の開発

内堀 昭寛 ; 渡部 晃*; 高田 孝  ; 大島 宏之

Uchibori, Akihiro; Watanabe, Akira*; Takata, Takashi; Ohshima, Hiroyuki

ナトリウム冷却高速炉の蒸気発生器におけるナトリウム-水反応現象を評価するため、圧縮性多成分多相流及びNa-水化学反応を対象とした数値解析コードSERAPHIMを開発している。従来のSERAPHIMコードは差分法を用いているが、本研究では、伝熱管の存在する複雑形状領域に対して解析精度を向上することを目的に非構造格子に対応した解析手法を開発した。解析手法妥当性確認の一環として不足膨張噴流実験の解析を実施した結果、解析結果における圧力分布やマッハディスクの形成位置が実験結果と一致する結果を得た。また、Na中へ水蒸気が噴出する現象を対象とした解析を実施し、実現象に対する適用性を確認した。

To evaluate a sodium-water reaction phenomenon in a steam generator of sodium-cooled fast reactors, a computational fluid dynamics code SERAPHIM, in which a compressible multicomponent multiphase flow with sodium-water chemical reaction is computed, has been developed. The original SERAPHIM code is based on the difference method. In this study, unstructured mesh-based numerical method was developed to advance a numerical accuracy for the complex-shaped domain including multiple heat transfer tubes. Numerical analysis of an underexpanded jet experiment was performed as part of validation of the unstructured mesh-based numerical method. The calculated pressure profile and location of the Mach disk showed good agreement with the experimental data. Applicability of the numerical method for the actual situation was confirmed through the analysis of water vapor discharging into liquid sodium.