統計解析手法による稠密炉心内流体混合現象の解明

Study on cross flow phenomena in a tight-lattice rod bundle by statistical method

Zhang, W.; 吉田 啓之  ; 小瀬 裕男*; 大貫 晃; 秋本 肇; 堀田 亮年*; 藤村 研*

Zhang, W.; Yoshida, Hiroyuki; Ose, Yasuo*; Onuki, Akira; Akimoto, Hajime; Hotta, Akitoshi*; Fujimura, Ken*

二相流詳細解析コードTPFITによるサブチャンネル間流体混合の解析結果について、サブチャンネル間の差圧,気相混合係数と液相混合係数についての相関関数を用いた統計解析を行い、サブチャンネル間流体混合現象を支配する時間スケールを評価した。また、相関関数に与える、サンプリングデータ数と時間間隔,二相流の流動様式,燃料棒ギャップ幅及び混合部の入口と出口などの影響を検討した。さらに、流体混合の局所的特性と流れに伴う全体的変動特性を評価した。主な結果は以下の通り。(1)差圧と気相,液相の混合係数の間には強い相関があり、差圧による混合がサブチャンネル間の混合の主なメカニズムである。(2)サブチャンネル間に生じた圧力差により液相が先に移動し、この移動による流量の増加を補うため気相が移動することがわかった。したがって、気相の移動には、ある程度の時間と流れ方向の距離が必要であり、また、一度の混合で移動する気相と液相の体積は、必ずしも一致しない。(3)液相の混合は、局所的かつ瞬時的に発生するが、気相の混合には時間遅れがあり、これが流れの軸方向速度により下流に伝播することで、空間遅れが生じている。この研究に基づき、流体混合のモデル化には、時間遅れあるいは空間遅れを考慮に入れる必要があると予想される。また、流体混合に与える、燃料棒ギャップ幅,混合部長さなどのパラメータの影響を評価するために、さらなる数値シミュレーションが必要である。

As a candidate for next generation reactor, the innovative FLexible-fuel-cycle Water Reactor (FLWR) adopts a remarkably tight triangular lattice arrangement with about 1 mm gap spacing between adjacent fuel rods. In relation to its design, this study presents a statistical evaluation of numerical simulation results of a detailed two-phase flow simulation code (named TPFIT). In order to make clear mechanisms of cross flow in such tight lattice rod bundles, the TPFIT is used to simulate cross flow between two modeled subchannels. Attention was focused on instantaneous fluctuation characteristics of differential pressure between two subchannels and gas/liquid mixing coefficients. With the calculation of correlation coefficients between the differential pressure and gas/liquid mixing coefficients, the time scales of cross flow, e.g. lag times were evaluated, and the effects of mixing section length, flow pattern and gap spacing on correlation coefficients were extensively investigated. The difference in mechanism between gas and liquid cross flows was pointed out.