Multiphysics analysis system for tube failure accident in steam generator of sodium-cooled fast reactor

ナトリウム冷却高速炉蒸気発生器の伝熱管破損時事象に対するマルチフィジックス解析システム

内堀 昭寛 ; 菊地 晋  ; 栗原 成計 ; 浜田 広次  ; 大島 宏之

Uchibori, Akihiro; Kikuchi, Shin; Kurihara, Akikazu; Hamada, Hirotsugu; Ohshima, Hiroyuki

高速炉蒸気発生器の伝熱管破損時事象を評価するため、機構論に基づくマルチフィジックス評価システムを開発した。本システムは、ナトリウム側の反応ジェット挙動及びウェステージ環境を評価するSERAPHIMコード、流体から伝熱管への熱移行と伝熱管構造部の温度・応力評価及び破損判定を行うTACTコード、伝熱管内水流動を評価するRELAP5コードから構成される。SERAPHIMコードについては、ウェステージ環境評価モデルとして酸化ナトリウム生成・輸送モデルを構築した。TACTコードについては、伝熱管構造部の温度・応力解析モデル、流体-構造熱的連成解析モデル、ウェステージモデル、破損判定モデルを構築した。RELAP5コードについては、実機SGにおける伝熱管急速加熱条件に対して伝熱相関式を改良し、高温ラプチャ評価上の過度な保守性を排除した。以上により、隣接伝熱管の周囲に形成されるウェステージ環境や、伝熱管への熱移行並びに破損伝播発生の有無を評価可能とした。

Multiphysics analysis system was newly developed to evaluate possibility of failure propagation occurrence under tube failure accident in a steam generator of sodium cooled fast reactors. The system consists of the computer codes, SERAPHIM, TACT, RELAP5, which are based on the mechanistic numerical models. The SERAPHIM codes calculates multicomponent multiphase flow involving sodium-water chemical reaction. In this study, a numerical model for chemical reaction about production of a sodium monoxide and its transport process were constructed. We also developed the numerical models of the TACT code for evaluation of shell-side flow around an adjacent tube, heat transfer from the fluid to the tube and occurrence of tube failure. In our analysis system, thermal hydraulic behavior of water inside the tube is evaluated by the RELAP5 code. The original heat transfer correlations were corrected for the rapidly heated tube in the present work.