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高速炉におけるナトリウム-水反応現象の数値解析

Numerical analysis of sodium-water reaction phenomena in sodium cooled fast reactors

内堀 昭寛 ; 大島 宏之; 高田 孝*; 山口 彰*

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

ナトリウム冷却高速炉の蒸気発生器で伝熱管が破損した場合、管内を流れる水又は水蒸気が管外のナトリウム中へ漏洩し、ナトリウム-水反応現象が発生する。蒸気発生器安全評価の観点から、ナトリウム-水反応現象が周囲伝熱管へ与える影響を解明,評価することが重要な課題となっている。そこで本研究では、数値解析によるナトリウム-水反応現象の予測及び影響評価を目的として、機構論的モデルを導入した数値解析コードSERAPHIMを開発した。SERAPHIMコードの基本検証として、単純な体系での解析を実施し、解析コードに導入した化学反応モデルが正しく機能することを確認した。また、反応生成物である水酸化ナトリウムの蒸発が化学反応による温度上昇を抑制するメカニズムが存在することがわかった。さらに、管群構造を有するSWAT-1R試験を対象に検証解析を実施したところ、体系内最高温度について試験結果と解析結果が定量的に一致することを確認した。体系内の温度分布についても定性的な一致が得られた。

A numerical method for the multi-phase multi-component flows with sodium-water reaction was developed. When the pressurized water leaks from a failed heat transfer tube in the steam generator of sodium cooled fast breeder reactors, the water will react with the sodium outside the tubes. In order to simulate the multi-phase multi-component flows, the multi-fluid model and the advection-diffusion equations are used in our numerical method. Production rates of the components such as the sodium hydroxide and the hydrogen by sodium-water reaction are calculated by using the surface reaction model and the gas phase reaction model. Through the numerical analysis of the sodium-water reaction test SWAT-1R, validity of the numerical method was demonstrated.

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