高速炉蒸気発生器における伝熱管破損事象に関する研究,15; 数値解析を用いたセルフウェステージにおけるき裂周辺での減肉分布の検討

Study on sodium-water reaction phenomena in steam generator of sodium-cooled fast reactor, 15; Numerical investigation of the wastage distribution close to crack

大西 裕季*; 高田 孝*; 山口 彰*; 大島 宏之; 栗原 成計 ; 菊地 晋  ; 内堀 昭寛 

Onishi, Yuki*; Takata, Takashi*; Yamaguchi, Akira*; Ohshima, Hiroyuki; Kurihara, Akikazu; Kikuchi, Shin; Uchibori, Akihiro

高速実用炉蒸気発生器の伝熱管破損事象解析評価手法の一つとして、伝熱管セルフウェステージ解析手法の開発を進めている。本研究では、開発の一環として、伝熱管に生じたき裂から液体Na中へ水蒸気が噴出する現象に対して圧縮性混相流・ナトリウム-水反応現象数値解析コードSERAPHIMを適用した2次元解析を実施した。解析結果から、き裂部近傍の伝熱管外壁では化学反応のため高温場となっていること及び反応生成物であるNaOHが存在していることがわかった。このことから、温度及びNaOH濃度をパラメータとしたアレニウス型のウェステージ率評価式を新たに構築し、減肉形状を評価した。その結果、本評価式によりき裂がNa側から拡大する現象を再現できることがわかった。き裂拡大後の体系に対して解析メッシュを再構築してSERAPHIMの解析を実施した結果、初期き裂の場合に比べて気相の分布が変化することがわかった。

A numerical method for self-wastage on a heat transfer tube has been developed to enable evaluation of the tube failure accident in a steam generator of sodium-cooled fast reactors. In this study, numerical analysis on discharging of water vapor from a crack was performed by using the SERAPHIM code calculating multicomponent multiphase flows with sodium-water chemical reaction. The numerical result showed that the high-temperature region appeared near the exit of the crack and the NaOH exists in the high-temperature region. We constructed a new Arrhenius-type evaluation model of a wastage rate and applied it to the numerical result. It was demonstrated that our model could reproduce expansion of the crack. The analysis mesh was reconstructed for the analysis region after expansion of the crack and the numerical analysis was performed again. The distribution of the gas-phase varied from the case of the initial crack.