冷却材温度ゆらぎ現象の解析的評価手法の開発(I) 温度ゆらぎ強度評価手法の開発

Development of analytical model for evaluating coolant temperature fluctuation phenomena (I); Development of analytical model for intensity of temperature fluctuation

村松 壽晴

Muramatsu, Toshiharu

高速増殖炉の炉心出口近傍では,熱流力特性の異なる集合体からの冷却材同志の混合によって,不規則な温度ゆらぎ現象(サーマルストライピング)が発生する。本研究では,ナトリウムによる温度ゆらぎモックアップ実験を多次元コードAQUAに導入されている応力代数式乱流モデルを用いて解析し,温度ゆらぎ強度'の2乗分布を解析評価する場合の当該乱流モデルの有効性と限界を明らかにした。温度ゆらぎモックアップ実験の解析により,以下の結果を得た。(1) 高速原型炉「もんじゅ」の内側炉心領域第1列およびブランケット領域第2列に相当する実験条件の解析では、温度ゆらぎ強度を多少大き目に評価するものの、平均温度については実験結果を良好に模擬する。(2) 内側炉心領域に後備炉停止棒を含む実験条件の解析では、温度ゆらぎ強度を全体的に大き目に評価する。また、乱流のモデル化に関して、以下の知見を得た。(1) 温度ゆらぎ強度に関する定性的特徴は、AQUAに導入されている応力代数式乱流モデルによって推定することが可能である。(2) 応力代数式乱流モデル導入に際して用いた「温度ゆらぎ挙動は乱流現象の一つとして取扱うことができる」との仮定は、現象の定性的評価を行なう上では妥当である。(3) 乱流2次モーメントを直接評価する応力代数式乱流モデルを使用することにより、渦粘性概念を用いた場合に発生する温度ゆらぎ強度の過小評価傾向は排除される。

A thermal striping phenomenon characterized by a random temperature fluctuation occurs in the region immediately above the FBR core due to the temperature difference of the core outlet coolant between sub-assemblies. In this study, we have investigated the thermal striping phenomena in sodium through implementing the algebraic stress turbulence model (ASM) in AQUA. From the analysis based on the ASM, the following analytical results have been obtained: (1)A calculated intensity of the temperature fluctuation was slightly overestimated by the ASM in the 1st row of the inner core region and the 2nd row of the radial blanket region, whereas a calculated mean temperature has agreed well with the experiment, (2)For a geometry with a back-up control rod in the inner core region, the calculated intensity of the temperature fluctuation was larger than that of the above two cases. The following information on turbulence modeling has been obtained: (1)A qualitative characteristics of the intensity of temperature fluctuation can be estimated by the ASM. (2)An assumption that the temperature fluctuation phenomena can be considered one of the turbulence phenomena, has been confiremed in evaluating the qualitative characteristics. (3)In order to evaluate the intensity of the temperature fluctuation, it is more appropriate to use the ASM that includes second order momentum of turbulence, than to use the k- turbulence model.