ADSビーム窓の熱流動構造連成解析システムの構築

Development of coupled analysis system of thermal hydraulics and structure for ADS beam window

渡辺 奈央  ; 菅原 隆徳  ; 西原 健司  

Watanabe, Nao; Sugawara, Takanori; Nishihara, Kenji

加速器駆動核変換システム(ADS)の設計において、加速器と未臨界炉心の境界をなすビーム窓は重要な構造物の一つである。今回、原子力機構では、ビーム窓と周囲の鉛ビスマス(LBE)流動場の3次元体系を作成し、その熱流動・構造連成解析システムをANSYS Workbench上に構築した。本システムでは、モンテカルロ計算コードPHITSから得られた陽子ビーム照射による発熱分布を読み込み、冷却材であるLBEの定常熱流動解析をFluentで行った後、得られた温度・圧力分布からビーム窓の静的応力評価および固有値座屈評価を行う。3次元解析により非軸対称性を考慮できるようになったが、これに伴い低次の座屈モードではダクト部の半径方向に大きくひずんだ形状が示された。

In order to design an accelerator driven system (ADS), a beam window, which divides between areas of an accelerator and a subcritical core, is one of important structures. JAEA made a 3D model of a beam window and surrounding lead bismuth thermal flow field and developed a coupled analysis system of thermal hydraulics and structure in ANSYS Workbench. In the system a heat generation distribution from PHITS code is read, and steady thermal hydraulic of LBE coolant and stress of the beam window are calculated by Fluent code. Then its eigenvalue buckling is evaluated. In 3D analyses, non-axisymmetric evaluations are considered and radial deformations are found in low buckling modes.