検索対象:     
報告書番号:
※ 半角英数字
 年 ~ 
 年

燃料集合体局所閉塞冷却限界4サブチャンネル基礎水流動試験;閉塞物内温度分布への冷却材内部流れの影響

Fundamental water experiment on subassembly with porous blockage in 4 sub-channel geometry; Influence of flow on temperature distribution in the porous blockage

田中 正暁; 小林 順; 磯崎 正; 西村 元彦; 上出 英樹

Tanaka, Masaaki; Kobayashi, Jun; Isozaki, Tadashi; Nishimura, Motohiko; Kamide, Hideki

高速炉の局所閉塞事故に関して,閉塞領域内被覆管のホットスポットの発生位置および温度を予測するための知見を得ることが重要となっている。本研究では,ポーラス状閉塞物の熱流動特性を調べる基礎研究として,燃料集合体内の4つの隣接するサブチャンネルを模擬した5倍拡大モデルの中心サブチャンネルに閉塞物を設置した水流動試験を実施した。閉塞物内の冷却材流れが,閉塞物内の温度場に与える影響を見るために,ポーラス状閉塞物の側面および上端面に流れを遮る閉止板を設置し,閉塞物内外の温度分布測定を行った。また,閉塞物周辺の流速分布をレーザ流速計および超音波流速分布測定装置を用いて計測すると共に,閉塞物上下流間の差圧を測定した。その結果,閉塞物内部の温度分布は周囲の流動場の影響を受け,ポーラス状閉塞物の場合,閉塞物上部では閉塞物側面からの水平方向流れが,閉塞物下部では下端面から流入する軸方向流れが,それぞれ閉塞物内部および模擬燃料ピン表面の冷却に寄与していることが分かった。閉塞物と接する模擬燃料ピン表面温度と健全サブチャンネル内冷却材温度とを用いてヌッセルト数(Nu)を求めた結果,Nu数はRe数の0.5-0.6乗に比例し,閉塞物と健全サブチャンネルとの熱伝達の場合,Re数依存性を決定しているのは閉塞物表面での熱伝達であることが分かった。また,最もNu数が大きいのはポーラス状閉塞物であり,側面閉止板を設置し水平方向流れを制限することによってNu数は約20%低下し,上端面に閉止板を追加するとさらに2%低下した,これらのことから閉塞物側面および上端面からポーラス状閉塞物内の冷却材への水平方向および軸方向流れによる熱伝達が重要な役割を果たしていることが示された。

In the liquid metal cooled Fast Breeder Reactor, Local Fault incident is recognized as a key issue of the local subassembly accident. In terms of the reactor safety assessment, it is important to predict the velocity and temperature distributions not only in the fuel subassembly but also in the blockage accurately to evaluate the location of the hottest point and the maximum temperature. In this study, the experiment was performed with the 4 sub-channel geometry water test facility. Dimension is five times larger than that of a real FBR. The porous blockage is located at the center sub-channel in the test section and surrounded with three unplugged sub-channels. The blockages used in this study were (1)the solid metal, (2)the porous medium consisted of metal spheres, (3)the porous blockage with end plates covering the side or top faces of the blockage to prevent the horizontal and axial flows into the blockage. The experimental parameters were the heater output provided by the electrical heater in the simulated fuel pins and the flow rate. Temperature of the fluid was measured inside/outside the blockage and velocity profiles outside the blockage were measured. From the comparison of velocity profiles, the flow field inside the blockage depended remarkably on the blockage conditions. Such variation of flow fields affected the temperature distributions. Efficient heat transportation by horizontal flow existed in the upper part of the porous blockage. While, in the lower part of the blockage, the axial flow from the bottom face of the blockage was pre-dominated for the heat removal. Nusselt number defined by the temperature difference between the heater pin surface and the bulk temperature of the unplugged sub-channel was proportional to the power of 0.5$$sim$$0.6 of Reynolds number. This result shows that the dependency of the Nusselt number to the Reynolds number was decided by the heat transfer from the blockage matrix to the coolant at the side of porous blockage.

Access

:

- Accesses

InCites™

:

Altmetrics

:

[CLARIVATE ANALYTICS], [WEB OF SCIENCE], [HIGHLY CITED PAPER & CUP LOGO] and [HOT PAPER & FIRE LOGO] are trademarks of Clarivate Analytics, and/or its affiliated company or companies, and used herein by permission and/or license.