ナトリウム冷却高速炉の原子炉容器内熱流動の研究(2) 炉上部プレナム分離評価の妥当性に係る解析的検討

Study on in-vessel thermohydraulics phenomena of sodium-cooled Fast reactors (II); Numerical investigations on proprieties of R/V upper plenum separation

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象化(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。このため、同炉上部プレナム内の流動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ている。一方、水を作動流体としたスケールモデル試験の実施も予定され、当該試験での評価上の着眼点を明確にする目的から、ディッププレートを境として上下に分離した自由液面プレナム試験および丈夫プレナム試験が計画されている。本報では、上記スケールモデル水試験計画の検討に資するため、炉上部プレナムをディッププレートを境として上下に分離した上で、炉内熱流動現象を個別に評価することの妥当性を、汎用多次元熱流動解析コードAQUAによる結果に基づいて検討した。得られた結果は、次の通りである。1)自由液面プレナムから上部プレナムに流入する冷却材流量が増減したとしても、この影響を受ける領域はC/L貫通ギャップおよびH/L貫通ギャップの近傍に限定され、上部プレナム内全体の流動特性に及ぼす程度は非常に小さい。2)ディッププレート機器貫通ギャップ幅を変化させた場合の上部プレナム内流速成分の変化は、H/L配管回りに限られる。以上の結果より、炉上部プレナムをディッププレートを境として上下に分離した上で、様々な炉内熱流動現象を個別に評価することは妥当であると考えられるものの、ディッププレートよりも下側の上部プレナムにおける流動特性に着目した部分試験などを計画・実施するにあたっては、H/L吸込み流動に起因したジェット効課による渦集中の影響を確認する必要がある。

A large-scale sodium-cooled fast breeder reactor investigated in the feasibility studies on commercialized fasat 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 gas entrainment behavior from free surfaces, a flow-induced vibration of in-vessel components, 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 contribute to a planning of water scaled-model experiments for the separated upper plena of the reactor vessel. From the analysis, the following results were obtained. (1)It can be considered that there is little effect of volumetric flow rate between the upper plenum and the free surfase plenum on hydrodynamic characteristics in the whole upper plenum. Because the affected area is limited in the neighborhood of gaps of hot/cold leg pipes. (2)Change in flow velocity components is limited around the outer wall of hot leg pipes if the gap width of the dipped plate and penetrating components changes. From the above results, it was concluded that the assumption seems to be valid that the free surface plenum hydrodynamic characteristics is independent of the upper plenum flows. However it is necessary to consider jet effects due to the hot leg intake flows affecting vortex concentrations in the upper plenum.