燃料集合体内の混合特性に関する研究; クロスフローによる混合現象とサブチャンネル解析の適用性

Study on fluid mixing in a fuel subassembly of a fast reactor; Mixing phenomena with cross flow and applicability of subchannel analysis

川又 伸弘; 宮越 博幸; 上出 英樹 

Kawamata, Nobuhiro; Miyakoshi, Hiroyuki; Kamide, Hideki

高速炉の燃料集合体におけるサブチャンネル間クロスフローに伴う混合現象に対して、ナトリウム伝熱流動実験を実施した。炉心の高燃焼度化に伴う燃料ピンの変形は集合体内の流れに影響を及ぼすと考えられ、その熱流動特性を考慮するときの要素としてサブチャンネルを横切るクロスフローが挙げられる。このようなクロスフローを形成させる目的で、ワイヤー巻きの37本ピン模擬燃料集合体に閉塞物を組みこんだ。クロスフローの中に置かれた1本のピンのみが加熱された条件で、その周囲の温度を測定した。これにより、クロスフローが混合特性に及ぼす影響を明らかにした。サブチャンネル解析コードASFREを実験解析に適用した。ASFREは多次元で運動量式を解き、また、ワイヤースペーサーに対する分布抵抗モデルが組み込まれている。 試験および解析から、次の知見が得られた。1)}測定された軸方向温度分布は、閉塞物側からの低温度流体のクロスフローによって、加熱ピン廻りのナトリウム温度が低下することを示した。また、ワイヤースペーサーが存在するサブチャンネルにおいてローカルな温度上昇を生ずることが分かった。2)}ASFREコードは、クロスフローによる温度低下を模擬し、軸方向温度分布の形状は測定データと良く一致した。3)}ワイヤー部分における局所ピークは、ASFREコードによって模擬されたが、ピークの値は実験に比べ低い値であった。クロスフローを伴った混合現象に対する実験的なデータベースがナトリウム冷却高速炉の集合体に対して得られ、ASFREコードがこのような混合特性を評価する上で高い適用性を有することを明らかにした。

Sodium experiments were carried out for mixing phenomena in a subassembly of fast reactor. A blockage was installed in a wire wrapped 37-pin subassembly in order to form cross flow around the blockage. Temperature distributions in the subassembly were measured under a condition that only one pin was heated. Investigation on mixing phenomena with the cross flow is useful to predict thermohydraulics in a deformed pin bundle of high burnup core. The subchannel analysis code, ASFRE, was applied to the experimental analyses. The ASFRE solves momentum equations in multi dimensions and has the distributed resistance model for a wire spacer.Following remarks were obtained:1).Measured axial temperature distributions showed that the sodium temperature decreased due to the core flow coming from the cold blockage side. Local peaks were found at the subchannels which have the wire spacer. 2).ASFRE simulated the temperature decreases due to the cross flow and axial temperature profiles were in good agreement with the measured data.3).The local peaks at wire positions were also simulated by ASFRE, however, the peak value was underestimated. ASFRE has high applicability to the mixing phenomena in a wire wrapped subassembly where the cross flow has significant role due to the change of flow area.4).Experimental database for the mixing phenomena with the cross flow were obtained for a subassembly of sodium cooled fast reactor.