Numerical simulation of the self-leveling phenomenon by modified SIMMER-III

改良SIMMER-IIIによるセルフ・レベリング現象の数値シミュレーション

Zhang, B.*; 松元 達也*; 守田 幸路*; 山野 秀将   ; 田上 浩孝 ; 鈴木 徹; 飛田 吉春

Zhang, B.*; Matsumoto, Tatsuya*; Morita, Koji*; Yamano, Hidemasa; Tagami, Hirotaka; Suzuki, Toru; Tobita, Yoshiharu

高速炉の仮想的炉心損傷事故では破損した炉心物質は、炉心支持板上及び下部入口プレナム内における急速な冷却固化と微粒化によってデブリベッドを形成する。デブリベッド内でのナトリウムの沸騰はベッドを平坦化する効果があり、これはベッドの臨界性と冷却性に大きな影響を与える。したがってこのセルフ・レベリング挙動、特にその数値シミュレーション手法を開発する必要がある。従来幅広く使われて来た高速炉安全解析コードSIMMER-IIIは粒子間の相互作用をモデル化していないため、この挙動の解析へそのまま適用することは困難である。しかしながら、固体粒子の影響を考慮したモデルをSIMMER-IIIに組み込むことでこの現象を解析できる可能性がある。このため、デブリ流動化モデルをSIMMER-IIIへ組み込み、既存のセルフ・レベリング挙動模擬試験の解析を行い、試験結果との比較を行った。試験結果と解析結果の比較的良い一致から、改良SIMMER-IIIはセルフ・レベリング挙動、特にセルフ・レベリングの発生の有無を適切な精度でシミュレーションできることが示された。一方で、セルフ・レベリングの過渡挙動を適切に再現するにはさらなるモデル改良の必要性があることも示された。

During a hypothetical core-disruptive accident in a sodium-cooled FBR, degraded core material can form debris beds on the core-support structure and/or in the lower inlet plenum of the reactor vessel. Heat convection and vaporization of the sodium will lead ultimately to leveling the debris bed that is of crucial importance to the relocation of the molten core, the recriticality evaluation and the heat removal capability of the debris bed. There is, therefore, a great need for more studies focusing on this topic, especially the much needed numerical simulation. The debris fluidization model and the boiling regulation model are proposed and introduced into SIMMER-III. Calculations, by the modified SIMMER-III, against several representative experiments with typical self-leveling behavior have been performed and compared with the evaluated items recorded in experiments. The good agreements on these items suggest the modified SIMMER-III can simulate the self-leveling behavior with reasonable precision, especially on the onset of self-leveling, although further model improvement is necessary to represent the transient behavior of bed leveling more reasonably.