高速増殖炉上部プレナムにおける温度成層化現象の長時間解析,1; フローホール領域における温度成層化挙動

Numerical analysis of thermal stratification phenomena in upper plenum of a fast breeder reactor,1; Evaluation of thermal stratification phenomena near the region of flow holes

須田 一則 ; 村松 壽晴; 山口 彰

Suda, Kazunori; Muramatsu, Toshiharu; Yamaguchi, Akira

高速炉のスクラム過渡時に発生する温度成層化現象は、構造物に有意な熱応力を与えることが考えられるため、温度成層化挙動の特徴を評価することは機器の構造健全性及び安全性の観点から重要である。本報は、高速増殖原型炉における定格出力定常状態からのスクラム過渡時の上部プレナム内温度分布を単相多次元コードAQUAにより解析し、長時間温度成層化挙動について評価した結果について報告するものである。また 40%過渡試験結果からの外挿値との比較についても合わせて報告する。得られた結果は、以下の通りである。[長時間温度成層化挙動] ・原子炉スクラムから 300秒以降の全体的な挙動は、低温の冷却材が常時上部プレナム内下部に流入するため、低温冷却材の領域は時間とともに軸方向に拡大するものの、上部プレナム内の軸方向温度分布の形状は概ね相似に保持される。 ・原子炉スクラムから 300秒以降の上部プレナム内温度成層界面の挙動は、低温冷却材が内筒取付台近傍に停留することにより、軸方向に高さの異なる2つの位置で温度成層界面が形成されるが、下側に位置する温度成層界面は冷却材の混合と熱伝導により時間とともに消滅し、上側の温度成層界面は主冷却系流量の増加と上部プレナム内の流状の変化によって、約 720秒後に上部フローホールを越える位置に上昇する。 ・アニュラス部および原子炉出口配管部には、フローホール位置および出口配管位置の軸方向中央位置にそれぞれ温度成層界面が形成され、その軸方向温度勾配は上部プレナム内の温度成層界面の挙動により変化するプレナム内の熱流動特性の影響を大きく受ける。 [40%過渡試験結果からの外挿値との比較] ・温度成層界面の軸方向位置およびその上昇速度は解析結果と外挿値で概ね一致した。

Thermal stratification phenomena are observed in an upper plenum of liquid metal fast breeder reactors (LMFBRs) under reactor scram conditions, which give rise to thermal stress on structural components. Therefore it is important to evaluate characteristics of the phenomena in the design of the internal structures in an LMFBR plenum. To evaluate long-term characteristics of thermal stratification phenomena in a typical LMFBR upper plenum, numerical analysis was carried out with a multi-dimensional thermohydraulics code AQUA for a scram event from full power operation condition. Thereafter the numerical results were compared with extrapolated results of measured transient data on the 40% operation condition. From the thermohydraulic analysis by the AQUA code, the following results have been obtained. [Long-term characteristics of thermal stratification phenomena] (1)The cold fluid region near the inside inner barrel was expanded with accumulation of the cold fluid in the lower region of the plenum after 300 seconds from the reactor scram, so that the fluid from core flowed to the lower region of the upper plenum. The characteristics of axial temperature distributions in the upper plenum were similar to them at the 300 seconds. (2)The thermal stratification interface was located initially around intermediate position between upper and lower flow holes. And an another thermal stratification interface was formed around the inner barrel support plate after 300 seconds from the scram, so that the cold fluid accumulated in the lower region of the plenum. But the thermal stratification interface around the inner barrel support plate was disappeared by mixture and heat conduction of coolant of circumferential direction. The thermal stratification interface which was located below in the upper flow holes, rose to the upward position of the upper flow holes at the 720 seconds. (3)In annular gap region between the inner barrel and the reactor vessel wall, thermal ...