粒子法を用いたNa-水反応界面積相関式モデルの高度化

Advanced modeling of the contact area correlation between sodium and water with the particle interaction method

白川 典幸*; 山本 雄一*; 堀江 英樹*

Shirakawa, Noriyuki*; Yamamoto, Yuichi*; Horie, Hideki*

液体ナトリウムを熱媒体としている蒸気発生器は、胴側を液体ナトリウムが、伝熱管側を水または水蒸気が流れている。伝熱管の損傷等により、水または水蒸気が胴側へリークした場合、蒸気発生器内部でナトリウム-水反応が発生し機器の健全性に重要な影響を与える。この現象は非常に非線形性の強い混相流体系であり、数値的に本現象を評価するためには気液の接触面積(界面積濃度)の評価が重要となる。なお、一般に伝熱管側が高圧条件となるためリークした水または水蒸気はジェット状でナトリウム液中に広がることが予想される。これまで、微視的・直接的な流動解析手法である粒子法を用いて、多相・多成分・反応性流体の挙動に対する機構論的解析手法を開発し、流動様式・界面濃度に関する評価解析を実施した。さらに、粒子法による解析結果から液-液ジェットにおける界面積濃度相関式を作成した。本件では、粒子法を用い気液界面積濃度相関式についてモデル化を検討することを目的とし、液-液ジェットを用いたモデルの高精度化を実施した。また、粒子法を用いた気-液ジェットの数値解析を実施し、気-液体系でのジェット挙動について検討した。

In a LMFR steam generator, liquid sodium flows through the component vessel, which has a manifold of heat transfer tubes through which water or steam flows in very high pressure. If the water or steam is issued in a jet into sodium pool by the high pressure due to tube failure, sodium-water reaction occurs and affects the component integrity. The phenomena are strongly nonlinear processes in multi-phase flow. To evaluate contact areas concentration between fluid components is essential to compute the phenomena. In our previous investigations, mesoscopic and direct analysis method has been developed by using the particle interaction method in order to compute multi-phase, multi-component, and chemically interactive fluids. With this method, flow regime and contact areas concentration were investigated and a correlation model for a liquid jet flow issued into another liquid was made. In this fiscal year, the correlation model was investigated in detail to give higher accuracy prior to developing the correlation for a gas jet flow issued into liquid. Furthermore, the experiment of gas jet flow issued into liquid was analyzed with the particle interaction method to confirm applicability to gas-liquid system.