炉心槽内自然対流に関する研究; 鉢巻型スペーサパッド形状における水試験及び解析

Study on natural convection in core barrel; Experimental and numerical results for band type spacer pads

林 謙二; 川又 伸弘; 上出 英樹 

Hayashi, Kenji; Kawamata, Nobuhiro; Kamide, Hideki

崩壊熱除去系としてDRACS(Direct Reactor Auxiliary Cooling System)を採用し、炉容器上部プレナムに冷却器、(DHX : Dipped Heat Exchanger)を配置した高速増殖炉において、自然循環状態で崩壊熱除去システムを作動させた場合に、炉心槽内にDHXからの低温流体が入り込み、燃料集合体間の隙間を自然対流し、ラッパー管外面から燃料の崩壊熱を除熱するインターラッパーフロー(IWF : lnter-wrapper Flow)が起きると考えられている。燃料集合体のラッパー管に取り付けられるスペーサーパッド形状が、IWFによる炉心冷却に及ぼす影響を把握するために1/12 セクター部分モデルの水流動試験装置(TRIF : Test Rig for Inter-wrapper flow)を用いた自然循環試験を実施した。また、汎用3次元熱流動解析コードAQUAを用いた解析手法のインターラッパーフローヘの適用性を確認するための実験解析を実施した。これまでにボタン型パッドを用いた試験を実施しており、ここでは、鉢巻型スペーサパッドを取り付けた体系におけるラッパー管表面の熱流束及び炉心槽へ入り込む冷水のフローパスをパラメータにした自然循環の温度分布測定試験を行った。炉内冷却器作動時にレダンと炉心槽を結ぶ専用流路、並びにコアフオーマに設けた孔から冷水が炉心槽に多く入り込み、これらのフローパスが炉心冷却に有効であることが分かった。ボタン型スペーサパッド体系での試験結果との比較によると、ボタン型スペーサパッドでは、前述のフローパスを設けなくても、パッド部隙間からの冷水の入り込みが多いため炉心冷却には有効であるこが分かった。また、汎用3次元熱流動解析コードAQUAを用い集合体並びに隙間部を矩形メッシュで模擬した実験解析を行った。パッド隙間部における圧力損失係数及びラッパー管摩擦損失係数を適切に選定することにより、炉心部の一部を除き、いずれの実験ケースともに温度分布を再現でき、インターラッパーフローの熱流動解析に適用できることが分かった

In a fast reactor an lnter-Wrapper Flow (IWF)is one of significant phenomena for decay heat removal under natural circulation condition, when a direct reactor auxiliary cooling system (DRACS)is adopted for decay heat removal system. Cold coolant provided by dipped heat exchangers (DHX) of DRACS can penetrate into the core barrel (region between the subassemblies)and it makes natural convection in the core barrel. Such IWF will depend on a spacer pad geometry of subassemblies. Water experiment, TRIF(Test Rig for inter-wrapper Flow),was carried out for IWF in a reactor core. The test section modeled a 1/12th sector of the core and upper plenum of reactor vesse1. Experimental parameters were the spacer pad geometry and flow path geometries connecting the upper plenum and core barrel. Numerical simulation using AQUA code was also performed to confirm applicability of a simulation method. An experimental series using a button type spacer pad had been carried out. Here a band type spacer pad was examined. Temperatures at subassembly wall were measured with parameter of the flow path geometries; one was a connection pipe between the upper plenum and core barrel and the other was flow hole in core former plates between the outermost subassemblies and the core barrel. It was found that these flow paths were effective to remove heat in the core in case of the band type spacer pad. A general purpose three dimensional analysis code, AQUA,was applied to the experimental analysis. Each subassembly and inter wrapper gap region were modeled by slab mesh geometry. Pressure loss coefficient at the spacer pad was set based on the geometry. The numerical simulation results were in good agreement with measured temperature profiles in the core.