Numerical methods for compressible multiphase flow with sodium-water chemical reaction

Na-水反応を伴う圧縮性多相流に対する数値解析手法

内堀 昭寛 ; 大島 宏之

Uchibori, Akihiro; Ohshima, Hiroyuki

高速炉蒸気発生器の伝熱管破損時安全評価に資することを目的として、圧縮性混相流・ナトリウム-水反応現象数値解析コードSERAPHIMを開発している。その一環として、液滴衝突エロージョン現象の評価に必要な液滴エントレインメント・輸送モデルを新たに構築し、SERAPHIMへ組み込んだ。SERAPHIMにおける既有の圧縮性混相流モデルや化学反応モデル、また、新たに構築した液滴エントレインメント・輸送モデルの検証を目的として複数の解析を実施した。実機条件でのナトリウム中水蒸気噴出現象を対象とした解析では、水蒸気の噴出挙動や化学反応による最大到達温度について妥当な結果を得るとともに、新たに構築した液滴エントレインメント・輸送モデルが機能し、ウェステージ環境として重要な速度場,温度場,液滴挙動を評価できる見通しを得た。

In order to establish a safety evaluation method of a steam generator of sodium-cooled fast reactors, a computer program called SERAPHIM calculating compressible multicomponent multiphase flow with sodium-water chemical reaction under tube failure accident has been developed. In this study, applicability of the numerical models for the compressible multiphase flow, chemical reaction and liquid droplet entrainment from an interface of the gaseous jet and its transport was investigated through the analyses of the related experiments. In the analysis of vertical discharging of water vapor in the liquid sodium pool under the actual condition of the steam generator, numerical result reproduced appearance of the underexpanded vapor jet. The calculated peak temperature agreed with the experimental results well. Also, appearance of the dispersed phase of droplets in the reacting jet and its acceleration by the supersonic gaseous flow were represented successfully.