サーマルストライピング現象の熱流動に関する研究; 平行三噴流体系での流体-構造連成解析による温度変動伝達挙動の評価

Study on thermalhydraulics of thermal striping phenomena; Evaluation of transfer characteristics of temperature fluctuation based on conjugated numerical simulation in triple-parallel jet geometry

木村 暢之; 上出 英樹 ; 長澤 一嘉*; Emonot, P.*

Kimura, Nobuyuki; Kamide, Hideki; Nagasawa, Kazuyoshi*; Emonot, P.*

サーマルストライピング現象の評価手法を確立することは原子力プラントの安全性を確保するうえで重要な課題となっている。本研究は、サーマルストライピング現象評価の一環として、3本の噴流が矩形断面のスリットから鉛直に置かれた壁と平行に吐出する体系での水及びナトリウム試験を対象に、ラージエディシミュレーション法(LES)を用いた流体-構造連成解析(仏原子力・代替エネルギー庁で開発した熱流動解析コードTrio-U)を実施した。本解析では、流体及び構造材の接触面近傍に詳細な計算メッシュを配置し、流体と構造材の熱的連成を熱伝導のみでモデル化した。流体中の温度変動強度に関して、水及びナトリウム体系とも数値解析により実験結果の空間分布を再現することができた。また、構造材内の温度変動強度は、水及びナトリウム体系とも本解析により再現できた。このことから、サーマルストライピング現象に対するLESをベースにした流体・構造連成解析の適用性を確認することができた。また、解析により、壁面近傍での流体混合特性及び温度変動の構造材への伝達特性を明らかにした。

A quantitative evaluation on thermal striping is of importance for reactor safety. In this study, sodium and water experiments of parallel triple jets configuration were performed. For these experiments, numerical simulations were carried out to evaluate the transfer characteristics of temperature fluctuation from fluid to structure. The analysis code, called Trio-U, used in the study has been developed at the CEA in France. In the simulations, the calculated time-averaged temperature distributions in fluid and structure were close to the experimental results in sodium and water. The power spectrum densities of temperature fluctuation in fluid and structure were also in good agreements between the experiments and calculations. Furthermore the calculated decay characteristics of temperature fluctuation from fluid to structure were in good agreements with the experimental results.