1/1.8縮尺部分モデルによる原子炉容器内ガス巻込み特性の評価; ガス巻込み発生マップによる支配因子の把握と発生メカニズムの解明

Evaluation on gas entrainment in reactor vessel using 1/1.8th scaled model; Investigation on dominant factors based on occurrence map and mechanism for gas entrainment

木村 暢之; 江連 俊樹 ; 飛田 昭; 伊藤 真美*; 上出 英樹 

Kimura, Nobuyuki; Ezure, Toshiki; Tobita, Akira; Ito, Masami*; Kamide, Hideki

ナトリウムを冷却材とした高速炉の設計では、経済性向上を図るためシステムのコンパクト化を検討しており、炉容器径に対する炉出力の増加を検討している。炉出力増加に伴い、冷却材の流速が上昇し、炉容器に存在する自由液面からのガス巻込みが懸念されている。そこで、自由液面の下方に水平板(D/P)を設置することで、液面近傍の流速低下を図ることとしている。ガス巻込みを評価するために製作した縮尺比1/1.8の水流動試験体は、ガス巻込みの発生要因となる下降流速が発生する出口配管を中心とする90度セクターを対象に、D/Pから液面までをモデル化した。本試験では、境界条件を変更することにより、ガス巻込み発生マップを作成し、それによってガス巻込みの支配因子の抽出を行うとともに、発生メカニズムの解明を目的に実施した。ガス巻込みは、大きく分類して2つのパターンで発生することがわかった。一つは、周方向流速が大きくなることにより、物体の後流に発生する渦に起因するものであった。もう一つは、下降流速の増加及び液位の低下によって発生するものであった。これらについて、詳細な流速計測により、発生メカニズムを把握することができた。

For an innovative sodium cooled fast reactor, a compact reactor vessel is designed to reduce the construction cost, where sodium flow velocity increases. One of the thermal hydraulic issues in this design is gas entrainment (GE) at free surface in the reactor vessel (R/V). Dipped plates (D/P) are set below the free surface in order to prevent the GE. To evaluate GE, we made the partial apparatus modeled the 90 degree sector of the R/V with a central focus on the hot leg (H/L) pipe circumferentially and region above the D/Ps vertically. We obtained an occurrence map of the GE in order to evaluate the dominant factor for the GE. In the map, it was found that there were two kinds of the GE phenomena. One of the GE occurred at the downstream region of the cold leg pipe. Other one broke out at the region between the H/L pipe and the R/V wall. The mechanisms of the GE at the two regions were clarified by applying the PIV.