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Numerical analysis on thermal-hydraulics of supercritical water flowing in a tight-lattice fuel bundle

稠密燃料バンドル内超臨界圧水の伝熱流動数値解析

中塚 亨; 三澤 丈治; 吉田 啓之 ; 高瀬 和之

Nakatsuka, Toru; Misawa, Takeharu; Yoshida, Hiroyuki; Takase, Kazuyuki

冷却材に超臨界圧水を用いたスーパー高速炉の実現性を評価するため、スーパー高速炉の稠密燃料集合体を簡略模擬した19本稠密燃料バンドル内超臨界圧水の伝熱流動解析を行った。超臨界圧領域に拡張した三次元二流体モデル解析コードACE-3Dを用い、定格運転条件と等しい質量速度,入口エンタルピーを解析条件として与えた。燃料集合体断面の局所出力分布は均一、軸方向には核計算より得られた中心付近で出力が最大となる出力分布を与えた。流路内にハニカム形状の構造物を配置し、グリッドスペーサの影響を考慮した。その結果、現行軽水炉と同様、燃料集合体周辺部と比較して中心部の温度が高くなり、最高被覆管表面温度(MCST)は、中心燃料棒上部のギャップ部に面する領域で生じた。その値は燃料棒健全性の判断基準である650$$^{circ}$$C以下を満足し、燃料集合体の実現性を確認することができた。スペーサを考慮することにより、燃料集合体内の温度分布の均一化や、それに伴う燃料棒表面温度の低下が明らかとなったが、本解析では、MCSTはスペーサがない場合と同様であった。スペーサの形状や配置の最適化により、MCSTをさらに下げることが可能と思われる。

To evaluate thermal hydraulic characteristics of a tight-lattice fuel bundle of supercritical water reactor (Super Fast Reactor), a simplified 19-rod fuel assembly was analyzed with a three-dimensional two-fluid model analysis code ACE-3D. In this calculation, a one-twelfth model is adopted as the computational domain taking advantage of symmetry. As the boundary conditions, mass velocity, inlet enthalpy and power distribution are to be the same as the steady state condition of the reactor. Cross-sectional local power distribution in the fuel assembly is set to be flat. Effect of grid spacers is taken into account in the analysis. Maximum clad surface temperature (MCST) is observed at the position facing to the narrowest gap on the center rod near the outlet and the value is 628$$^{circ}$$C that is almost the same as results without grid spacers. The predicted MCST satisfies a thermal design criteria to ensure fuel and cladding integrity: the MCST should be less than 650$$^{circ}$$C.

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