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高速炉蒸気発生器伝熱管周りに形成されるナトリウム-水反応ジェットの熱伝達特性

Heat transfer characteristics of sodium-water reaction jet around a tube in steam generator of sodium-cooled fast reactor

栗原 成計 ; 梅田 良太 ; 下山 一仁 ; 阿部 雄太 ; 菊地 晋 ; 大島 宏之

Kurihara, Akikazu; Umeda, Ryota; Shimoyama, Kazuhito; Abe, Yuta; Kikuchi, Shin; Ohshima, Hiroyuki

ナトリウム(Na)冷却高速炉の蒸気発生器(SG)では、伝熱管を介してNaと水との熱交換が行われるため、伝熱管損傷時には、Na中に高圧の水/蒸気が漏えいし、Naと水との発熱反応(Na-水反応)により特有の高温・高アルカリ環境(反応ジェット)が形成される。水漏えい規模によっては、隣接する伝熱管が高温の反応ジェットに覆われ、伝熱管材料の機械的強度が低下し、内圧により破損する可能性がある(高温ラプチャ)。高温ラプチャ評価では伝熱管壁温度(に相当する伝熱管壁応力)の予測精度が非常に重要であり、主要影響因子である反応ジェット-隣接伝熱管熱伝達率の定量評価が不可欠となる。実機SGの運転条件を模擬したNa-水反応基礎実験を実施し、Na側熱伝達率とボイド信号の応答性を計測することで、ターゲット伝熱管周りの熱的環境を推察できること、適切な外表面熱流束を与えることで、浜田らの簡易二相伝熱モデルが高温高圧の運転条件でも適用可能であることを確認した。

Overheating tube rupture of adjacent tubes arise from water/steam leak in steam generators of sodium- cooled fast reactors. It is very important to predict the tube wall stress (tube wall temperature) with a high degree of accuracy on evaluation of overheating tube rupture, and is crucial to estimate quantitatively the heat transfer coefficient between reaction jet and adjacent tubes which is one of the major influencing factor. The authors carried out the sodium-water reaction test (SWAT-1R) under the simulated operation condition of a real plant, and measured the correlation between heat transfer coefficient and void fraction around an adjacent tube. The authors confirmed that thermal environment around an adjacent tube was inferable from measured data, and heat transfer correlation equation proposed by Hamada et al. was applicable to the operation condition at elevated pressure and temperature.

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