ナトリウム-水反応解析コードSWACSの改良と検証

Modification and validation of the SWACS code for large steam generators

浜田 広次  ; 鈴木 道博*; 姫野 嘉昭

Hamada, Hirotsugu; not registered; Himeno, Yoshiaki

蒸気発生器(SG)における大リーク・ナトリウム―水反応事故時の圧力流動挙動を解析する計算コードSWACSは,有液面型である原型炉SGを対象に開発が行われてきた。このコードに大型炉SG体系での解析機能を持たせ,また評価精度の向上を図る事を目的として,同コードの改良が現在進められている。大型炉SGの一つのオプションとしては無液面型SGの採用が考えられる。この場合には,有液面型SGに比べ相対的に厳しくなると予想される初期スパイク圧・圧力波伝播の評価が安全設計上で重要となる。そこで本報告書では,SWACSの構成要素の一つである初期スパイク圧・圧力波伝播計算モジュールを対象に,無液面型SG向けのコード改修と試験データによる検証を行った結果を記述する。主な改造は,接液型ラプチャディスク(RD)解析機能の追加と気液界面移動モデル(BTM)の採用である。前者ではシングル及びダブルのRDについて,有限要素法解析によるディスクの変形や流体とディスクの相互作用下での伝播圧力波形を解析可能とした。後者では,反応部や圧力開放系へBTMを採用する事で,従来の解析モデル上の制約を排除し物理現象の詳細シミュレーションや長時間計算を可能とした。検証は,米国のLLTR試験(6,7)やPEPT試験(8,9)のデータで行い,シングル及びダブルのRD破裂時刻やそこでの圧力波形,更に無液面体系内を伝播する圧力波形について,試験と解析との良い一致を得た。今回の改造により,無液面型SG体系における初期スパイク圧・圧力波伝播の正確な計算が可能となり,SWACSは大型炉(無液面型)SG用の安全設計解析コードとしても十分適応可能であることの見通しが得られた。

For the safety design of the SGs (steam generators) for the prototype fast breeder reactor, the computer code "SWACS" was developed to analyze the pressure/fluid-flow phenomena during the large scale sodium water reaction accidents. The SGs have cover gas space at their top. Follow to the development. the modification was added to the code to improve an accuracy of the calculated pressure wave propagation and to make the code applicable to the SGs having non cover gas space that is one of the design option of SGs for a demonstration fast breeder reactor. With the SGs having non cover gas space, the initial pressure spike and propagated pressure would become relatively high. Thus, it is required to calculate those pressure wave more accurately than before. The report presents the modification and validation of the code in regard to the calculations of the initial pressure spike and the propagated pressure. The modification of the code includes implementation of the detailed rupture disk response models for a single and a double membranes type rupture disks and that of the boundary tracking model (BTM). The former enables the code to calculate the disk-fluid interaction using the finite element. The latter enables the code to simulate the physical phenomena more accurately for a longer time during a sodium-water reaction. After the modification, the code was validated by test results from LLTR (Large Leak Test Rig at ETEC) and PEPT (Pressure Effluence System Performance Test Rig at PNC). Reasonable agreement between the calculated and tests results are obtained. The results of the present study showed that the modified SWACS accurately calculates the pressure wave propagation for the SGs having non cover gas space. Thus, one can conclude that the code is applicable to any types of large SGs.