高速炉の自然循環時集合体間熱移行現象に関する解析手法の開発; CCTLおよびPLAMTDTL試験に基づく検証

Calculational method for inter-subassembly heat transfer during natural circulation in fast breeder reactors; Verification based on CCTL and PLANDTL sodium tests

上出 英樹 ; 西村 元彦; 林 謙二; 桃井 一光; 三宅 康洋*

Kamide, Hideki; Nishimura, Motohiko; Hayashi, Kenji; Momoi, K.; Miyake, Yasuhiro*

高速増殖炉の信頼性,安全性をさらに高める上で,スクラム後の崩壊熱除去に自然循環を活用することは大きな効果がある。すなわち,自然循環はポンプ等の動力源を必要とする動的機器に依存しないことから,除熱量が要求を満たせば崩壊熱除去機能の信頼性を高めることができる。自然循環時の炉心部の熱流動現象は,浮力と慣性力が影響しあう混合対流条件下におかれているため,炉心部の最高温度等を評価する上で,浮力の影響を考慮する必要がある。すなわち,集合体内の流量再配分による温度分布の平坦化,炉心部径方向温度分布に伴う集合体間の熱移行,等により強制循環時に比べて炉心内の温度分布は平坦化する。自然循環による崩壊熱除去を実現する上で、このような効果を考慮した炉心部の熱流動現象の評価手法を開発することが重要である。本報告では,自然循環時の集合体間熱移行の影響を含めた集合体内熱流動現象を解析できる手法としてAQUAコードを用い,複数の集合体を一括して解析する手法を開発し,実験解析に適用した結果について述べる。本手法では各集合体についてサブチャンネル毎に1個のコントロールボリュームをx-y-z3次元メッシュ体系の中で割り当てるメッシュ分割方式を採用し,サブチャンネル解析コード用に開発された軸方向流動抵抗などの相関式を直接持ち込んでいる。また,各集合体を独立した計算領域としてメッシュ分割する多領域モデルにより表現し,伝熱構造体モデルにより熱的に結合する。本手法を用いた解析結果を実験と比較することにより,集合体間に熱移行が存在する条件で,これにともなう集合体内の流量配分,再循環流などを合理的に解析できるとともに,集合体内温度分布,最高温度を評価できることを示して,開発した手法の検証を行った。

It is considerably effective to utilize the natural circulation on advance of reliability of the decay heat removal systems of Fast Breeder Reactors. The natural circulation dose not depend on components which needs external power sources like pumps. This increases the reliability of the decay heat removal systems. However, thermohydraulics in the core have complex characteristics under the natural circulation. Under low flow conditions, buoyancy effects and heat transfer from high temperature subassemblies to low temperature subassemblies, i.e. inter-subassembly heat transfer, will significantly modify the flow and temperature distributions in the subassemblies. Thus, development of an evaluation method for the core thermohydraulic is significant to utilize the natural circulation. A multi-subassembly analysis method using the three-dimensional thermohydraulic analysis code, AQUA, was developed to predict thermohydraulics in the subassemblies with influence of the inter-subassembly heat transfer. In this method, each subassembly is modeled in individual mesh region of multi-region model of AQUA and the staggered half-pin mesh arrangement was applied in each subassembly. The heat transfer between the subassemblies was simulated by a thermal structure model. The analysis method was applied to two sodium experiments where three or seven subassemblies were modeled in simulated cores. The experimental analyses showed that the multi-subassembly analysis method could evaluate the thermohydraulics in the subassemblies.