Flow and temperature distribution evaluation on sodium heated large-sized straight double-wall-tube steam generator

Na加熱型大型直管2重管SGにおける温度・流速分布評価

木曽原 直之 ; 森部 剛志; 堺 公明

Kisohara, Naoyuki; Moribe, Takeshi; Sakai, Takaaki

実用化戦略調査研究において設計が進められている実用化FBRのNa加熱型蒸気発生器は、直管2重管方式であり、スケールメリットにより製作コストを低減するために大容量としている。本論文はこのSGの定常状態における温度・流量の多次元分布を取り扱ったものである。大型の熱交換器は、温度,流配分布が不均一になる傾向にあり、この現象は直管SGでは、伝熱管相互の熱膨張差によって、伝熱管の座屈や管-管板継手の破損に繋がる可能性がある。このような事態を避けるために、解析的な手法によってSG内部に設置されている整流機構を最適化させ、不規則な温度分布特性を明らかにした。SGの解析モデルは2つの部分、すなわち、Na入口整流プレナムと管束部から成り立っている。Na入口プレナム及び管束部の温度・流速分布解析は、それぞれ3次元流動評価コードFULUENT、及び2次元の熱流動解析コードMSGによって評価された。MSGコードは JAEA内で開発を行っているNa加熱型SG用コードである。これらのコードによってNaは流配機構によって十分に整流化され、温度分布は、伝熱管や管-管板継ぎ手の健全性を確保するための許容範囲内に入っていることが明らかとなった。

The sodium heated steam generator (SG) of the commercialized FBR being designed in the Feasibility Study is a straight double-wall-tube type and it is large-sized to reduce the manufacturing cost by economics of scale. This paper addresses the temperature and flow multi-dimensional distributions at steady state to obtain the prospect of the SG. Large-sized heat exchanger components are prone to have non-uniform flow and temperature distributions. These phenomena might lead to tube buckling or tube to tube-sheet junction failure in straight tube type SGs. The flow adjustment devices installed in the SG are optimized to prevent these issues, and the temperature distribution properties are uncovered by analysis methods. The analysis model of the SG consists of two parts, a sodium inlet distribution plenum (the plenum) and a heat transfer tubes bundle region (the bundle). The flow and temperature distributions in the plenum and the bundle are evaluated by the three-dimensional flow code "FLUENT" and the two dimensional thermal-hydraulic code "MSG". The MSG code is particularly developed for sodium heated SGs in JAEA. These codes have revealed that the sodium flow is distributed uniformly by the flow adjustment devices, and that the lateral tube temperature distributions remain within the allowable temperature range for the structural integrity of the tubes and the tube to tube-sheet junction.