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渦モデルによるガス巻込み・液中渦評価手法の研究; 実規模試験に対するガス巻込み評価手法の適用性検討および液中渦評価手法の基礎的検討

Study on evaluation method for gas entrainment and vortex cavitation phenomena; Evaluation of gas entrainment behavior in large-scale test and development of proto-type evaluation method for vortex cavitation

伊藤 啓; 江連 俊樹; 大野 修司; 上出 英樹; 中峯 由彰*; 今井 康友*

Ito, Kei; Ezure, Toshiki; Ohno, Shuji; Kamide, Hideki; Nakamine, Yoshiaki*; Imai, Yasutomo*

日本原子力研究開発機構(JAEA)では、ナトリウム冷却大型高速炉(JSFR)の安全設計クライテリア構築の一環として、原子炉容器内上部プレナム部におけるさまざまな熱流動現象の評価を行っている。自由液面におけるカバーガス巻込み及びホットレグ配管入口部における液中渦キャビテーションは重要な評価対象であり、前者は1次冷却系統内への気泡混入によって炉心出力擾乱やIHX除熱性能劣化など高速炉の安定運転に影響を及ぼす可能性があるため、後者は構造物(配管)健全性確保の観点から、その発生を抑制することが重要である。どちらの現象も、強い旋回渦の発生による渦中心での圧力低下に伴って発生するため、現象評価のためには渦挙動を正確に模擬できる手法が必須である。そこで、JAEAでは、数値解析と渦モデルを用いたガス巻込み評価手法の構築を進めている。本研究では、実規模ガス巻込み現象への適用性確認を目的として、1/1.8縮尺試験を対象とした評価を行う。また、液中渦に対する圧力降下量や代表圧力等の評価を行うため、ガス巻込み発生評価手法を拡張することで液中渦評価手法を開発し、液中渦基礎試験を対象とした検証を行う。

In Japan Atomic Energy Agency (JAEA), various thermal hydraulics phenomena in an upper plenum region are evaluated in the study on the safety design criteria of the sodium-cooled fast reactor in Japan (JSFR). The gas entrainment (GE) from a free surface of coolant and the vortex cavitation (VC) at the H/L intake are important phenomena to be evaluated. Since these phenomena occur by the significant pressure drop in the vicinity of a vortex center, a technique to evaluate a vortex behavior is indispensable. The authors are developing a GE evaluation method using a numerical analysis and a vortex model. In this study, the evaluations are performed on the GE behavior in the 1/1.8 scaled water model test. In addition, a VC evaluation method is proposed on the basis of the GE evaluation method. As a basic validation of the VC evaluation method, the basic sub-surface vortex test in JAEA is evaluated.

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