Experimental approach to flow field evaluation in upper plenum of reactor vessel for innovative sodium cooled fast reactor

ナトリウム冷却高速炉における原子炉容器上部プレナムの流動評価に関する実験研究

木村 暢之; 林 謙二; 上出 英樹 

Kimura, Nobuyuki; Hayashi, Kenji; Kamide, Hideki

FBR実用化研究開発の一環として行っているNa大型炉について、炉容器コンパクト化に伴う上部プレナム内流動の適正化を行う必要がある。そこで、1/10スケール水流動試験装置を製作し、可視化,粒子画像流速測定法,超音波流速計による流況の定量化を行うとともに、熱流動上の課題の抽出を行った。その結果、ホットレグ(H/L)吸込流速増大のため、H/L吸込部近傍に3本のキャビテーションを伴う水中渦を確認した。ホットレグ近傍で発生する水中渦に関しては、炉容器とホットレグの間にスプリッタを設けることで水中渦の初生条件を改善することができた。また、燃料交換機が挿入される貫通孔のプラグ高さを最適化することで、ディッププレートを通過する流量を低減できた。さらに1/1.8縮尺液面近傍部分モデル試験を行い、上部プレナムの自由液面からのガス巻き込み現象の評価を行った。その結果、実機定格条件でのガス巻き込み発生の可能性が低いことを示すとともに、ガス巻き込みが発生する条件の定量化を行った。

In Japan Atomic Energy Agency, an innovative sodium cooled fast reactor of 1500MWe class, JSFR, has been investigated on the Fast Reactor Cycle Technology Development project. A compact reactor vessel (R/V) and a column type upper inner structure with a radial slit for an arm of a fuel-handling machine are adopted. These result in increase of the spatial-averaged velocity on the horizontal cross section of the R/V by factor of 2.5. These high velocities may cause gas entrainment at the free surface in the upper plenum and also the cavitations. Therefore horizontal dipped plates (D/P) are set below the free surface to prevent the gas entrainment. We performed two water experiments using an 1/10th scaled full-sector model of the upper plenum of R/V and a large scaled partial model. The flow optimization in the upper plenum was performed in the full-sector model. It was observed in the large scaled model that the gas entrainment occurred under the extreme velocity conditions which were far from the rated condition in the reactor design of JSFR. Consequently, there is a chance for this design of the compact reactor vessel to suppress the gas entrainment and cavitation.