炉心-プレナム相互作用に関する水流動試験,2; 潜り込み深さの支配パラメータ評価

Core-Plenum interaction experiments; Investigation on onset condition depth penetration flow

小林 順 ; 大島 宏之; 上出 英樹 ; 家田 芳明 

Kobayashi, Jun; Ohshima, Hiroyuki; Kamide, Hideki; Ieda, Yoshiaki

高速炉の崩壊熱除去系に浸漬型補助冷却器(DIRECT REACTOR AUXILIARY COOLING SYSTEM:DRACS)を用いる場合、ホットプレナム内に浸漬された熱交換器によって冷却された冷却材がブランケット燃料集合体の出口部に到達し、集合体内に潜り込むことがある。この現象を炉心-プレナム相互作用と呼ぶが、炉心集合体の温度分布や本来の冷却材流れに影響を与える可能性があるため、炉心の冷却性という観点からもその解明が重要である。本研究の目的は、水流動試験によってこの炉心-プレナム相互作用現象を把握するとともに支配パラメータを導出することである。試験部は、ホットプレナム、熱交換器、炉心集合体の低出力部を模擬した、平板プレナム、冷却壁及び垂直にプレナムに接続する矩形チャンネルからなる。矩形チャンネル内に発生する潜り込み現象は、超音波流速分布測定装置(ULTRASONIC VELOCITY PROFILE MONITORVP)およびT-タイプ熱電対を使用した流速場温度場同時計測によって把握した。実験パラメータは入口流体温度及び流量である。試験結果及び考察より以下の結果を得た。(1)チャンネル内温度プロファイルの時間変化は流速のプロファイルのそれとよく一致した。これより温度データによって求めた潜り込み深さは流速データによって求めたものと一致することを確認した。(2)潜り込み深さを決定する因子は浮力、慣性力、熱伝導およびエントレインメント効果と考えられる。次元解析によって潜り込み深さの支配パラメータとしてGR/RE3及びPR数を導出した。すなわち、潜り込み深さzは以下のように表現できる。z=f(Gr/Re3,Pr)本試験体系での潜り込み深さは以下のように整理できる(但し、Pr数は一定)。z〔m〕=220(Gr/Re3)

In the case that the Direct Reactor Auxiliary Cooling System (DRACS) is adapted as a decay heat removal system of FBR, cold fluid coming from the heat exchangers immersed directly in the hot plenum may penetrate into some subassemblies under a certain natural circulation condition. This phenomenon is important from the viewpoint of the coolability of the core, because it affects the temperature distribution in the subassemblies and the natural circulation head in a primary cooling system. The objective of this study is to obtain the fundamental understanding of the penetration phenomenon with water experiments. The test section is composed of a plenum, a cooled wall and a vertical channe1, which simulate the hot plenum, the heat exchanger and lower power subassembly, respectively. The inlet temperature of water is kept constant during a run of experiments. The velocity and temperature fields in the vertical channel are measured simultaneously with two instruments: Ultrasonic velocity Profile monitor (UVP) for an axial profile of the vertical velocity components and T-type (copper-constantan) thermocouples for the temperature fields. Inlet temperature and flow rate are selected as experimental parameters. Results of the tests are follows: (1)The transient axial profiles of velocity in the vertical channel were compared with those of temperature under the condition that the penetration flow was observed. The trend of temperature profiles agreed well with that of velocity profiles. It was, therefore, considered that the depth of the penetration flow could be estimated with the temperature data as well as the velocity data. (2)The penetraion depth is determined based on buoyancy, inertia, conduction and entrainment effects. With dimensional analysis, Gr/Re and Pr number were derived as relevant parameters for the depth of penetration flow, z: z=f(Gr/Re, Pr). In our experiments, the depth of penetration flow could be correlated with Gr/Re as ...