化学反応を含む多成分・多相流数値解析手法の開発-多次元ナトリウム; 水反応解析コードSERAPHIM

Development of multi components and multi phase numerical Method with chemicaI reaction; SERAPHIM: a Multi-dimensional Sodium-water reaction analysis Code

高田 孝; 山口 彰; 橋本 昭彦*

Takata, Takashi; Yamaguchi, Akira; not registered

ナトリウムを用いた蒸気発生器では、伝熱管内を流れる水が漏えいした場合、周囲のナトリウムと激しく反応する。このナトリウム-水反応による周囲伝熱管や機器へ及ぼす影響の把握は重要である。従来、実験により本現象の評価が行われてきたが、伝熱管の配置や運転条件等のパラメータの変更に応じて実験を繰り返し実施することはコスト的にも難しく、数値シミュレーションを用いた定量化が望まれる。そこで本研究では、ナトリウム-水反応モデルとして液体ナトリウム表面での水蒸気との反応モデル(表面反応モデル)、および蒸発したナトリウムガスと水蒸気との反応モデル(気相反応モデル)を組み込んだ多次元ナトリウム-水反応解析コードSERAPHIM(Sodium-watEr Reaction Analysis:Physics of Interdisciplinary multi-phase flow)を開発した。SERAPHIMコードを用いた蒸気発生器内ナトリウム-水反応の試解析を実施した結果、・漏洩開始後100msecでは表面反応が主体である ・表面反応での最高温度は約1200であった ・カバーガス圧、相関熱伝達率の最高温度に対する感度は低い ・伝熱管群の配置及び漏洩速度が気相領域拡大に影響を及ぼす ことが得られた。また、本コードを用いることにより蒸気発生器内でのナトリウム-水反応現象の把握及び健全性評価が可能な見通しを得た。

In a steam generator using liquid sodium, water intensely reacts with sodium when it leaked out from a heat transfer tube. It is important to evaluate thermal influence of the sodium-water reaction to surrounding tubes and the shell. In the past, evaluations of this phenomenon have been carried out based on experimental evidence. However it is difficult to predict the phenomena in different conditions such as configuration of a heat tube and change of operating condition. Furthermore, experiments using sodium are expensive in general. Hence, the quantification of the sodium-water reaction by a numerical method is desirable. In this study, a multi-dimensional sodium-water reaction analysis code SERAPHIM (Sodium-watEr Reaction Analysis : PHysics of Interdisciplinary Multi-phase flow) has been developed. This code has two sodium-water reaction models. 0ne is a surface reaction model, which is assumed that liquid sodium reacts with steam vapor on the surface. The other is a gas-phase reaction, in that vaporized sodium reacts with steam vapor. As a result of preliminary analyses of sodium-water reaction in a steam generator (SG) of LMFR with SERAPHIM code, (1)Surface reaction is dominant within 100msec after steam is leaked. (2)Maximum temperature is approximately 1200C in analyses. (3)Maximum temperature has little sensitivity on a initial pressure in SG and a heat coefficient between liquid and gas phase. (4)Configuration of the tube and leak ratio have affected with a expansion of gas area. And it has been demonstrated that a sodium-water reaction in SG can be comprehended and integrity of the tube can be estimated by SERAPHIM code.