Numerical investigation of sodium-water reaction phenomenon in a tube bundle configuration

管群構造の場合におけるナトリウム-水反応現象の数値解析

高田 孝*; 山口 彰*; 内堀 昭寛 ; 大島 宏之

Takata, Takashi*; Yamaguchi, Akira*; Uchibori, Akihiro; Ohshima, Hiroyuki

ナトリウム冷却高速炉に対する安全評価の観点から、蒸気発生器内で伝熱管が破断した場合に生じるナトリウム-水反応現象を解明することが重要な課題となっている。そこで本研究では、管群構造を有するSWAT-1R試験体系を対象にNa-水反応現象の数値解析を実施し、解析で得られた水漏洩率や温度分布を実験データと比較することで解析手法の適用性を検討した。また、メカニズム解明の観点から、反応領域における気相体積率,反応生成物濃度等の分布についても調査した。水漏洩率や温度分布に関して解析結果と実験結果がよく一致し、数値解析手法の妥当性を確認することができた。体系内最高温度は約1300Cでほぼ一定に保たれる結果となったが、調査の結果、水蒸気とナトリウムの界面に水素ガスが存在して反応を抑制することや、水酸化ナトリウムの蒸発が温度の上昇を抑制することが主な原因であることがわかった。伝熱管の二次破損が発生する可能性を評価することは今後の重要な課題であるが、本研究で検証した数値解析手法は二次破損の評価に対しても有力なツールになると考えられる。

A numerical investigation of sodium-water reaction (SWR) phenomenon under a tube bundle configuration was carried out in order to evaluate characteristics of the reacting zone in an area nearby the leakage, such as distributions of the gas volume fraction, the temperature and the concentration of the sodium compounds, as well as to evaluate an applicability of the numerical methodology that has been developed in the previous authors' work to a complicated flow path. SWAT-1R experiment, in which 43 tubes were placed in a zigzag alignment and water vapor leaked vertically upward from the bottom center of the bundle, was chosen as a benchmark problem. As a result of the numerical investigation, it was demonstrated that one could predict the SWR phenomenon with a complicated pin bundle configuration numerically. In addition, it was also demonstrated that numerical quantification of a secondary failure possibility due to over-heating rupture was to be achieved using the present result.