Numerical quantification of self-wastage phenomena in sodium-cooled fast reactor

ナトリウム冷却高速炉のセルフウェステージ現象に関する数値定量化

Jang, S.*; 高田 孝  ; 山口 彰*; 内堀 昭寛 ; 栗原 成計 ; 大島 宏之

Jang, S.*; Takata, Takashi; Yamaguchi, Akira*; Uchibori, Akihiro; Kurihara, Akikazu; Ohshima, Hiroyuki

ナトリウム冷却高速炉の蒸気発生器において伝熱管の微小亀裂が徐々に拡大するセルフウェステージ現象について、多次元解析コードSERAPHIMを用いた数値解析(定量化)を実施し、拡大後の亀裂サイズを調査した。まず、ナトリウム-水反応によって生じるセルフウェステージ現象を再現するための複数ステップの数値解析手法を考案した。これに基づき、亀裂近傍の化学反応を伴う熱流動特性を得るための2次元解析を実施した。伝熱管壁のウェステージ量は温度と水酸化ナトリウム濃度をパラメータとしたアレニウス型評価式から求め、ウェステージ後の構造部形状に整合するように解析メッシュを再構築した。以上の手順を繰り返すことで評価した亀裂拡大後サイズ及び形状が実験結果と一致することを確認した。

Numerical quantification of the self-wastage phenomenon has been carried out using a multi-dimensional computational code: SERAPHIM. The width of the completely enlarged crack was investigated in this study. Several steps of numerical calculations were devised to reproduce transient self-wastage phenomenon caused by Sodium Water Reaction (SWR). In the analyses, 2-dimensional calculation was carried out to obtained thermal hydraulic properties in the reaction zone. The wastage amount was evaluated based on hypothetical Arrhenius equation by using the temperature and molar concentration of Sodium hydroxide. New analytical grid was created by exchanging the solid cells to fluid cells in the reaction based on the wastage amount evaluation. These series of procedure have been repeated. The width and the shape of the enlarged crack showed good agreement with the experimental results.