検索対象:     
報告書番号:
※ 半角英数字
 年 ~ 
 年

高速炉配管系におけるサーマルストライピング条件の解析的検討(II); 高速原型炉「もんじゅ」炉外燃料貯蔵槽配管合流部に対する検討

Numerical investigation on thermal striping conditions for a tee junction of LMFBR coolant pipes (II); Investigation for the MONJU EVST tee junction

村松 壽晴

not registered

高速炉の炉心出口近傍では、炉心構成要素毎の熱流力特性(集合体発熱量、集合体流量)の違いから、炉心燃料集合体間あるいは炉心燃料集合体-制御棒集合体間などで冷却材に温度差が生じ、それらが混合する過程で不規則な温度ゆらぎ挙動が発生する。この温度ゆらぎを伴った冷却材が炉心上部機構各部(整流筒、制御棒上部案内管、炉心出口温度計装ウェルなど)の表面近傍を通過すると、冷却材中の不規則な温度ゆらぎが構造材中に伝播し、その材料は高サイクル熱疲労を受ける(サーマルストライピング)。特に、冷却材として液体金属ナトリウムを使用する高速炉では、大きな熱伝導率を持つナトリウムの性質から、この熱疲労に対する配慮が必要となる。本報は、高速原型炉「もんじゅ」炉外燃料貯蔵槽冷却系内の配管合流部(最大温度差110$$^{circ}C$$,流速比0.25)を対象として、サーマルストライピング条件を解析的に検討したものである。得られた結果は、以下の通りである。(1)主配管直管側の流速が枝管側流速の1/4と小さいため、主配管上流側に位置する90$$^{circ}$$エルボによる2次流れの影響は無視し得る程度に小さい。(2)直接シミュレーションコードDINUS-3による温度ゆらぎ振幅の最大値と実効最大値との比率は約3.18であり、「もんじゅ」内包壁の健全性評価に用いた同値6.0は十分な安全裕度を持った値であったと判断できる。(3)時間平均Navier-Stokes方程式に基づくAQUAによる温度ゆらぎ振幅実効値は、DINUS-3コードによる値の約4.9倍であった。配管合流部に循環領域が現れる当該問題では局所平衡の仮定が成立せず、対流効果および拡散効果を簡略化したモデルを採用するAQUAモデルの適用上の限界が示唆された。

Thermal striping phenomena characterized by stationary random temperature fluctuations are observed in the region immediately above the core exit of liquid-metal-cooled fast breeder reactors (LMFBRs) due to the interactions of cold sodium flowing out of a control rod (C/R) assembly and hot sodium flowing out of adjacent fuel assemblies (F/As). Therefore the in-vessel components located in the core outlet region, such as upper core structure (UCS), flow guide tube, C/R upper guide tube, etc., must be protected against the stationary random thermal process which might induce high-cycle fatigue. In this study, thermal striping conditions at the tee junction in the MONJU EVST system (maximum temperature difference : 110 $$^{circ}$$C, Velocity ratio between main and branch pipes : 0.25) were investigated numerically by the use of computer programs. From the investigations, the following results have been obtained: (1) Effects of the secondaly flows generated by the existence of 90$$^{circ}$$ elbow located at upstream position of the tee junction were negligeble, because the flow velocity in the main pipe is 0.25 of the flow velocity in the branch pipe. (2) A ration between maximum and effective amplitudes of the temperature fluctuations calculated by the DINUS-3 code was 3.18. It was concluded that the value 6.0 as the ratio used in the integrity evaluation of the EVST system is a coservative side. (3) There was a limit in ability of a time-averaged multi-dimensional code AQUA, in the evaluation of thermal striping phenomena with recirculation flows. One of the reasons was considered that the local equilibrium of turbulence flows was not established in this tee junction problem.

Access

:

- Accesses

InCites™

:

Altmetrics

:

[CLARIVATE ANALYTICS], [WEB OF SCIENCE], [HIGHLY CITED PAPER & CUP LOGO] and [HOT PAPER & FIRE LOGO] are trademarks of Clarivate Analytics, and/or its affiliated company or companies, and used herein by permission and/or license.