ナトリウム冷却高速炉の原子炉容器内熱流動の研究(1) 炉上部プレナム内流動適正化に関する解析的検討

Study on in-vessel Thermohydralics phenomena of sodium-cooled fast reactors (I); Numerical investigation for the Rationalization of Hydrodynamics in the upper plenuln

村松 壽晴; 村上 諭*; 山口 彰

not registered; not registered; Yamaguchi, Akira

実用化戦略調査研究の一環として検討が進められているナトリウムを冷却材として用いる大型高速炉では、物量を削減して経済性を大幅に向上させる観点から、徹底したシステムの簡素化・コンパクト化設計を指向し、この結果、原子炉容器上部プレナム内では、冷却材流速の高速化や流況の非対称化(偏流)が顕在化するため、熱流動設計においては自由液面からのガス巻込みや炉内構造物の流力振動、さらには熱過渡による構造物の健全性について十分な注意を払う必要がある。 本報では、同炉上部プレナム内の流動特性を把握するとともに、自由液面からのガス巻込みを防止する観点から、プレナム流動適正化を実現するための炉内構造を数値解析的に検討した.得られた結果は、次の通りである。 (1)バッフル板およびホールドダウンプレートの開口率と圧損係数の調整だけでは、炉内全体の流動パターンの変更を通じたプレナム流動の適正化は難しい。 (2)切込み部へのダミープラグの挿入は、切込み部で発生する上昇噴流による偏流を抑制しつつ、上部プレナム内の流動状況を安定化させる上で、有効な方策の一つである。 (3)バッフルリングおよび部分内筒などの整流デバイスは、ディッププレートに衝突する上昇噴流および自由液面における水平方向流速成分を抑制する上で、有効な方策の一つである。 (4)炉壁ギャップ部へのラビリンスの設置は、自由液面プレナムに流入する冷却材流量を抑制し、自由液面での周方向流速を低減する上で極めて有効な手段である。 (5)炉内中継ポットおよびコールドトラップのディッププレート貫通ギャップを閉止することにより、自由液面における水平方向流速値および自由液面高低差を効果的に抑制することが可能である。 なお、ガス巻込み抑制に向けた炉内流動適正化に係る今後の検討では、 (1)ディッププレートを通じた流入流出分布の(空間)平均化方策の検討 (2)自由液面における渦度集中挙動の緩和方策の検討 (3)自由液面から液中に繋がる渦度分布の切断方策の検討 が重要である.

A large-scale sodium-cooled fast breeder reactor in feasibility studies on commercialized fast reactors has a tendency of consideration of thorough simplified and compacted system designs to realize drastic economical improvements. Therefore, special attention should be paid to thermohydraulic designs for a gas entrainment behavior from free surfaces, a flow-induced vibration of in-vessel components, a thermal shock for various structures due to high-speed coolant flows, nonsymmetrical coolant flows, etc. in the reactor vessel. In-vessel thermohydraulic analyses were carried out using a multi-dimensional code AQUA to understand the thermohydraulic characteristics in the upper plenum, and to investigate suitable in-vessel structure for the elimination of gas entrainment possiblity. From the analysis, the following results were obtained. (1)It is difficult to rationale in-vessel flow patterns through adjustments of porous ratio and pressure loss for a hold down plate and baffle plates installed in an upper core structure. (2)Dummy plug insertion to a slit of the upper core structure is one of effective measures to stabilize in-vessel flow patterns. (3)Flow guide devices such as a baffle ring and a partial inner barrel are also effective measures to eliminate impinging jet to a dipped plate (D/P) and to reduce horizontal flow velocity components at free surface. (4)Installations of labyrinth structures to a R/V - D/P gap is successful for decreasing of free surface horizontal flows. (5)Gap closing of an in-vessel fuel pot and two cold trap components has the effects of reductions for free surface horizontal flows and for the difference of free surface levels. Following future investigations are important preventive measures against the gas entrainment from the free surface. (1)Flattening of spatial axial velocity distributions at the R/V - D/P gap. (2)Alleviation measures of vortex concentration at free surface. (3)Separation measures of 3-dimensional vortex distributi