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Investigation on flow field around a slit of Upper Internal Structure (UIS) in a highly compact vessel of a sodium cooled fast reactor

コンパクト化したナトリウム冷却高速炉の炉上部機構(UIS)に設けた切込み周りの流動場に関する研究

上出 英樹; 相澤 康介; 大嶋 淳*; 中山 王克*; 笠原 直人

Kamide, Hideki; Aizawa, Kosuke; Oshima, Jun*; Nakayama, Okatsu*; Kasahara, Naoto

原子力機構では改良ループ型ナトリウム冷却高速炉の開発を進めている。炉容器径の削減を目的として燃料交換システムの簡素化を行った結果、炉上部機構(UIS)は燃料交換機のアームを通すために半径方向の切込みを有する構造とした。このUIS切込みは炉心出口から上方に向かう速い流れを許すことになり、炉容器内自由液面でのガス巻込みや破損燃料位置検出器における遅発中性子先行核のサンプリングに影響を及ぼす。そこで、1/10縮尺炉上部プレナムモデルを用いた水試験により、可視化と流速測定を行った。UISは制御棒上部案内管(CRGT)と6枚の水平多孔板からなっている。この複雑な形状に対応するため、可視化には、屈折率調整の手法を用いた。UISの1/4セクター部にあるCRGTを水と屈折率がほぼ等しいフッ素系樹脂を用いてモデル化した。粒子画像流速測定法を用いて流速場を測定した結果、切込み部の流速はUISの水平多孔板の高さで加速され、炉上部プレナムの高い位置まで速い流速を維持することがわかった。複雑な形状を持つUISに対して適切な流動解析手法の知見を得るため、CFDコードを用いた実験解析を実施した結果、解析された流速場は実験結果によく一致した。

Development of advanced loop type sodium cooled fast reactor is under going. An upper internal structure (UIS) has a radial slit to reduce the reactor vessel diameter. This UIS slit allows a high velocity from the core fuel subassemblies and influences the gas entrainment in the reactor vessel and also the delayed neutron precursor sampling for a failed fuel detection and location system. Then flow visualization and velocity measurements were carried out in an 1/10 scale water test model. The velocity measurement using particle image velocimetry showed that velocity in the slit region was accelerated at the heights of the UIS horizontal plates and kept higher value at the middle height of the upper plenum. Numerical simulation using a commercial CFD code was also carried out for this complex geometry of UIS to know adequate simulation method. The comparisons of velocity profiles in the UIS between the experiment and analysis showed good agreements.

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