ナトリウム-水反応ジェットの熱流動特性; 温度分布特性に及ぼすカバーガス圧力の影響

Thermal-Hydraulic Characteristics of Sodium-Water Reaction Jet; Effect of Cover Gas Pressure on Temperature Distribution

二神 敏  ; 栗原 成計 ; 谷田部 敏男

Futagami, Satoshi; Kurihara, Akikazu; Yatabe, Toshio

機構論的なSG水リーク事象評価手法を確立するための基礎試験として、隣接伝熱管群を配置しない状態の静止ナトリウム中に水蒸気を噴出するフリージェット試験(Run-FJシリーズ)を実施し、温度分布を詳細に計測すると共に、これに及ぼすカバーガス圧力の影響を評価した。試験パラメータとしては、カバーガス圧力を2ケース(Run-FJ-1: 0.5MPa[gauge]、Run-FJ-2: 0.05MPa[gauge])選定し、注水率は中リーク規模の約0.2kg/secとした。本試験研究により、ナトリウム-水反応ジェットに関して、以下の結論を得た。(1)温度振動強度分布から反応ジェットの相状態を推定すると、気相が多く存在すると考えられる領域では高振動となり、ボイド計の出力分布の傾向とおおよそ一致する。このことは、高振動域で熱伝達率が低くなっている理由が、気相の影響であることを示唆している。(2)反応ジェットの温度分布は、同様の注水率で伝熱管群の存在したRun-HT-1と比較して、Run-FJ-1、Run-FJ-2共に高温域が狭い。また、Run-FJ-1とRun-FJ-2を比較すると、圧力条件の違いにより温度分布に有意な差があり、高温域の幅は大差ないが、長さはRun-FJ-1で約25cm、Run-FJ-2で約50cmと低圧力条件の方が長くなった。(3)反応ジェットの温度分布は、カバーガス圧力の影響を受ける。これは、反応ジェット上流は、噴流の特徴を有する流動状態となるが、下流では、反応生成物である水素の挙動が支配的となるためと考えられる。(4)反応ジェットの最高温度は、Run-FJ-1で1048、Run-FJ-2で979であり、カバーガス圧力の影響を受ける。これは、カバーガス圧力が高くなると液相ナトリウムの沸点が上昇することが影響していると考えられる。また、最高温度が気相温度に起因する場合は、気相が圧力により変化することが影響すると考えられる。

As a basic test for establishing the mechanism-theoretical evaluation technique of the water leak phenomenon in steam generator, free jet test(Run-FJ series) was carried out with spouting the steam in the stagnant liquid-sodium without heat transfer tubes. In the test, the temperature distribution was measured in detail, and the effect of the cover gas pressure was evaluated. As a test parameter, 2 cases of the cover gas pressure were selected(Run-FJ-1:0.5 MPa (gauge), Run-FJ-2:0.05MPa (gauge)). The water leak rate was made to be intermediate scale leak rate (0.2 kg/sec). From this test, following conclusions were obtained on sodium-water reaction jet. (1) Phase condition of the reaction jet is estimated from temperature oscillation intensity distribution. In the region where gas phase seems to become dominant, it shows the high temperature oscillation, and it agrees with the tendency in the distribution of the void output. For this reason, the heat transfer coefficient would decrease in the high oscillation area. (2) High-temperature region of Run-FJ-1 and Run-FJ-2 were narrower than Run-HT-1(heat transfer tubes existed). In comparison Run-FJ-1 with Run-FJ-2, the width of high-temperature region was similar. However, the length of high-temperature region of Run-FJ-2 is longer than Run-FJ-1 (Run-FJ-1: about 25cm, Run-FJ-2: about 50 cm). (3) Temperature distribution of the reaction jet depends on the cover gas pressure. It is because the behavior of the reaction product, hydrogen, seems to become dominant in the downstream of the reaction jet, and the behavior of the flow condition in the upstream of the reaction jet is effected by the jet stream. (4) Maximum temperature of the reaction jet is effected by the cover gas pressure (Run-FJ-1: 1048 degree, Run-FJ-2: 979 degree). It is considered that the boiling point of liquid sodium influences the maximum temperature, and that change of the gas phase by the cover gas pressure also influences the maximum temperature.