検索対象:     
報告書番号:
※ 半角英数字
 年 ~ 
 年

インターラッパーフロー自然循環水流動可視化実験 - ボタン型ラッパー管パッド形状における試験および解析結果 -

Flow visualization on a natural circulation inter-wrapper row ; Experimental and numerical results under a geometric condition of button type spacer pads

安田 明洋; 宮越 博幸; 林 謙二; 西村 元彦; 上出 英樹; 菱田 公一

not registered; not registered; not registered; not registered; Kamide, Hideki; Hishida, Koichi

高速炉の自然循環崩壊熱除去時において、上部プレナムに浸漬された崩壊熱除去用の炉内冷却器(Direct Heat Exchanger,以下DHX)から流出する低温のナトリウムが炉心燃料集合体ラッパー管の間に形成されたギャップ部に流入し、燃料集合体をラッパー管の外側から冷却する現象{インターラッパーフロー(IWF)}が注目されている。これまでに7体の集合体により炉心を部分的に模擬したナトリウム試験体によりその温度場の特性を中心に明らかにしてきた。本研究では、炉心全体でのIWFの流動特性に着目し、径方向反射体を含めて炉心を模擬した水流動試験装置TRIF(Test Rig for Inter-wrapper Flow)を用いて可視化を中心とする試験を実施した。試験体の模擬ラッパー管は、透明アクリル、透明ガラスヒーター等の部材で構成されており、六角断面のラッパー管に挟まれた複雑な流路をもつIWFに対して、流況可視化による流速計測技術の適用が可能となっている。IWFに対して大きな影響を及ぼすと考えられるラッパー管同士のクリアランスを確保するためのパッド形状は、本報では「常陽」やPHENIXで採用されているボタン型とした体系を対象として、温度分布測定、流況可視化を行った。また、上部プレナムと炉心槽とをつなぐ流路などを設け、炉心周りの形状をパラメータとした。本実験により、IWFのフローパターンを明らかにすると共に、流れの可視化画像処理による速度分布の定量化を行った。また、ボタン型スペーサーパッドの体系ではパッド部を通り抜ける流れが支配的となり、炉心槽内の温度分布に対して、炉心周辺の幾何形状パラメータの変更による顕著な影響はないことが明らかとなった。IWFに関する解析手法の検証として流体の体積占有率と障害物(ここではラッパー管)から受ける流動抵抗を用いて複雑な流れを模擬するポーラスボディモデルを用いた多次元熱流動解析の適用性を評価した。解析は、実験のフローパターンを再現すると共に、温度分布についても予測可能であることが確認できた。

Investigations on the inter-wrapper flow (IWF) in a liquid metal cooled fast breeder reactor core have been carried out. The IWF is a natural circulation flow between wrapper tubes in the core barrel where cold fluid is coming from a direct heat exchanger (DHX) in the upper plenum. It was shown by the sodium experiment using 7-subassembly core model that the IWF can cool the subassemblies. To clarify thermal-hydraulic characteristics of the IWF in the core, the water experiment was performed using the flow visualization technique. The test rig for IWF (TRIF) has the core simulating the fuel subassemblies and radial reflectors. The subassemblies are constructed featuring transparent heater to enable both Joule heating and flow visualization. The transparent heater was made of glass with thin conductor film coating of tin oxide, and the glass heater was embedded on the wall of modeled wrapper tube made of acrylic plexiglass. In the present experiment, influences of peripheral geometric parameters such as flow holes of core formers on the thermal-hydraulic field were investigated with the button type spacer pads of the wrapper tube. Through the water tests, flow patterns of the IWF were revealed and velocity fields were quantitatively measured with a particle image velocimetry (PIV). Also, no substantial influence of peripheral geometry was found on the temperature field of the IWF, as far as the button type spacer pad was applied. Numerical simulation was applied to the experimental analysis of IWF by using multi-dimensional code with porous body model. The numerical results reproduced the flow patterns within TRIF and agreed well to experimental temperature distributions, showing capability of predicting IWF with porous body model.

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.