多様な作動流体を用いた場合の重要熱流課題の特性比較

CompalisonoFnlermohydraulicCharacteristicsintheuseofvariousCoolants

村松 壽晴; 須田 一則 ; 村上 諭*; 山口 彰

not registered; not registered; not registered; Yamaguchi, Akira

高速炉の実用化に向け、多様な作動流体を冷却材として用いた場合の検討に資するため、原子炉基本設計を左右する重要熱流動課題として、(1)自由液面揺動、(2)温度成層化、(3)サーマルストライピングおよび(4)自然対流の4項目を取上げ、作動流体としてNa、Pb-Bi合金、Co2ガスを用いた場合のそれぞれの現象の特性変化を数値解析的に検討・評価した。得られた結果は、以下の通りである。[自由液面揺動](1)Fr数を指標とした内部流動特性および自由液面特性につき、Naを作動流体とした場合とPb-Bi合金を作動流体とした場合で有意な違いは生じない。(2)液面近傍流速を指標としたガス巻込み限界につき、AQUA-VOFコードが実験結果と概ね一致する結果を与え、同コードがガス巻込み限界の1次評価に使用可能であることを確認した。[温度成層化](1)連行現象(上下層剪断渦)の発生位置は、NaあるいはPb-Bi合金を作動流体とした場合Ri数の減少とともに下流側に移動する。一方、CO2ガスの場合には、その発生位置はRi数の減少により上流側に移動する。(2)温度成層界面の解消速度は、流体物性としての熱伝導度に大きく依存した特性を示す。すなわち、CO2ガス中に温度成層界面が発生した場合には、より積極的な界面解消策を講じる必要があることを示唆している。[サーマルストライピング](1)CO2ガスを作動流体とした場合には、大きな粘性係数値と小さな熱伝導度との相乗効果によって、より下流側まで大振幅の温度揺らぎが到達する。(2)作動流体を変更した場合、温度揺らぎ振幅を評価するためにはReを一致させる必要が、温度揺らぎ周期を評価するためには流速値を一致させる必要がある。[自然対流](1)基本的に、浮力噴流挙動に準じる特性を示す。ただし、自然循環力の立ち上がりの特性は、流体の熱容量および熱伝導度の影響を大きく受ける。なお、CO2ガスの場合には、自然循環ヘッドが大きい場合のみ、液体金属の場合と同様な温度過渡特性を示す。(2)各作動流体を用いた場合のピーク温度到達時間は、Ra数一致条件の下で評価が可能である。

Numerical calculations were carried out for a free surface sloshing, a thermal stratification, a thermal striping, and a natural convection as key phenomena of in-vessel thermohydraulics in future fast reactor systems with various fluids as coolants. This numerical work was initiaied based on a recognition that the fundamental characteristics of the phenomena have been unsolved quantitatively in the use of various coolants. From the analysis for the phenomena, the following results were obtained. [Free Surface Sloshing phenomena] (1)Ther is no remarkable difference betweeen liquid sodium and luquid Pb-Bi in characteristics of internal flows and free surface charatristics based on Fr number. (2)the AQUA-VOF code has a potentiall enough to evaluate gas entrainment behavior from the free surface including the internal flow characteristics. [thermal Stratification Phenomena] (1)On-set position of thermal entainment process due to dynamic vortex flows was moved to downstream direction with decreasing of Ri number. 0n the other hand, the position in the case of C0 gas was shifted to upstream side with decreasing of Ri number. (2)Destruction speed of the thermal stratyification interface was dependent on thermal diffusivity as fluid properties. therefor it was concluded that an elimination method is necessary for the interface generated in C0 gas. [thermal Striping Phenomena] (1)Large amplitudes of fluid temperature fluctuations was reached to down stream area in the use of CO gas, due to larger fluid viscosity and smaller thermal diffusivity, compared with liquid sodium and liquid Pb-Bi cases. (2)To simulate thermal striping conditions such as amplitude and frequency of the fluid temperature fluctuations, it isnecessary for coincidences of Re number for the amplitude and of velocity value for the frequency, in various coolants. [Natural Convection Phenomena] (1)Fundamental behavior of the natural convection in various coolant follows buoyant jet ....