原子炉容器内ガス巻込み現象に対する数値解析評価手法の研究

Study on evaluation of gas entrainment in nuclear reactor vessel using numerical simulation method

伊藤 啓; 功刀 資彰*; 大島 宏之; 河村 拓己*

Ito, Kei; Kunugi, Tomoaki*; Ohshima, Hiroyuki; Kawamura, Takumi*

ナトリウム冷却高速炉におけるガス巻込み現象を評価するため、本研究では2つの手法を提案する。1つは数値解析に基づくガス巻込み評価手法であり、もう1つは気液界面流れに対する高精度数値解析である。前者は、比較的粗い格子における数値解析結果に対して理論的な渦モデルを適用し、液面くぼみ深さ等のガス巻込み評価パラメータを抽出する。本手法は、高速炉の実規模スケール試験を対象とした検証を行い、ガス巻込み発生を正しく予測できることを確認した。一方、高精度数値解析手法の開発においては、さまざまな高精度アルゴリズムを開発した。特に、界面追跡の解析精度向上のため、物理的に適切な定式化を行った。検証解析の結果、基礎実験におけるガス巻込み現象を再現できることを確認した。

To evaluate the gas entrainment (GE) phenomenon in sodium-cooled fast reactors, two methods are proposed in this study. One is a CFD-based prediction method and the other is a high-precision numerical simulation method for interfacial flows. In the CFD-based prediction method, a theoretical flow model is applied to the CFD result obtained on a relatively coarse mesh to determine the indicators of the GE phenomenon, e.g. interfacial dent. This method was validated by evaluating the occurrence condition of the GE phenomenon in the full-scale testing of a fast reactor. On the other hand, several numerical algorithms were developed to achieve the high-precision numerical simulation of interfacial flows. In the development, physics-basis formulations were derived to improve the simulation accuracy on interface tracking. As a result, it was confirmed that the developed numerical simulation method can reproduce the GE phenomenon observed in a simple GE experiment.