多次元ナトリウム燃焼解析コードAQUA-SFの開発と検証

Development and validation of Multi-DimensionaI sodium combustion analysis code AQUA-SF

高田 孝; 山口 彰

Takata, Takashi; Yamaguchi, Akira

液体ナトリウムを冷却材としている高速増殖炉において、ナトリウム漏えい時のナトリウム燃焼が構造物等へ及ぼす影響を評価することは重要である。しかしながら従来の数値解析では、大きな空間を平均化した一点近似モデル(zoneモデル)が主流であり、燃焼現象に於けるガス温度、ガス成分各種の空間的な分布が及ぼす影響についての評価はなされていない。このため、ナトリウム燃焼現象について多次元効果を考慮して機構論的に解析することを目的とし、多次元ナトリウム燃焼解析コードAQUA-SF(Advanced simulation using Quadratic Upstream differencing Algorithm-Sodium Fire version)を開発した。本コードは完全陰解法であるSIMPLEST-ANL法を用いた単相伝熱流動解析コードAQUAをベースとし、スプレイ燃焼、フレームシート燃焼、ガス輻射、多成分ガス移流・拡散、圧縮性等の燃焼に必要な各モデルを組み込んでいる。なお計算スキームとして、空間項についてはBounded QUICK法を、時間項についてはBounded3点陰解法を組み込んでいる。また開発されたAQUA-SFコードを用い、以下に示すナトリウム燃焼実験の検証解析を実施した。・プール燃焼実験(RUN-D1)・スプレイ燃焼実験(RUN-E1)・漏えい燃焼実験(ナトリウム漏えい燃焼実験-II)・小規模漏えい燃焼実験(RUN-F7-1)いずれの検証解析に於いても、実験をほぼ再現しており、AQUA-SFコードの妥当性が確認された。

ln the liquid metal fast reactor (LMFR) using liquid sodium as a coolant, it is important to evaluate the effect of the sodium combustion on the structure, etc. Most of the previous analytical works are based on a zone model, in which the principal variables are treated as volume-average quantities. Therefore spatial distribution of gas and structure temperatures, chemical species concentration are neglected. Therefore, a multi-dimensional sodium combustion analysis code AQUA-SF (Advanced simulation using Quadratic Upstream differencing Algorithm - Sodium Fire version) has been developed for the purpose of analyzing the sodium combustion phenomenon considering the multi-dimensional effect. This code is based on a multi-dimensional thermal hydraulics code AQUA that employs SIMPLEST-ANL method. Sodium combustion models are coupled with AQUA; one is a liquid droplet model for spray combustion, and the other is a flame sheet model for pool combustion. A gas radiation model is added for radiation heat transfer. Some other models necessary for the sodium combustion analysis, such as a chemical species transfer, a compressibility, are also added. ln AQUA-SF code, bounded QUICK method in space scheme and bounded three-point implicit method in time scheme are implemented. Verification analyses of sodium combustion tests shown in the following have been carried out. (1)pool combustion test (RUN-D1) (2)spray combustion test (RUN-E1) (3)sodium leakage combustion test (Sodium Fire Test-II) (4)smaII-scale leakage combustion test (RUN,F7-1) ln each verification analysis, good agreements are obtained and the validity of AQUA-SF code is confirmed.