PLANDTL試験施設を用いたプラント動特性コードSuper-COPDによる高速炉自然循環時炉心内熱流動解析の妥当性確認

Validation of plant dynamics analysis code super-COPD for fast reactor core thermal hydraulics under natural circulation with PLANDTL experiment

浜瀬 枝里菜 ; 小野 綾子 ; 堂田 哲広  ; 鍋島 邦彦  ; 大島 宏之

Hamase, Erina; Ono, Ayako; Doda, Norihiro; Nabeshima, Kunihiko; Ohshima, Hiroyuki

高速炉における自然循環崩壊熱除去時の炉心内熱流動に対するプラント動特性コード(Super-COPD)の妥当性を確認するため、ナトリウム試験施設(PLANDTL)を用いた試験解析を実施した。PLANDTL炉心は中心集合体1体、周辺集合体6体の計7体から成る。Super-COPD解析ではこれら全集合体を模擬したモデルを使用し、また集合体内は中心と周辺領域の2領域に分割し、径方向熱移行を考慮した解析を実施した。境界条件は、炉心入口温度及び流量、炉心出力として試験データから与えた。その結果、集合体発熱部ナトリウム温度が、(1)スクラム後の出力低下、(2)ポンプ停止、(3)浮力による流量増、(4)2次系空気冷却器ブロワ停止による流量減の影響による温度変化を経て自然循環状態に移行しており、試験結果と概ね一致することを確認した。さらに、階層的2層スケーリング法(H2TS)のトップダウンアプローチに基づき、炉心全体の時間スケールで集合体及び集合体間隙における輸送プロセス(自然循環ヘッド, 形状・摩擦損失, 熱伝達, 熱伝導など)の周波数を規格化したcharacteristic time ratio()を質量・運動量・エネルギー保存式を無次元化することにより求めた。PLANDTLにおいて自然循環時では、自然循環ヘッドに関する最も大きく、炉心内の重要プロセスであることを確認した。またこれらのもんじゅにおける値とのずれ(スケール歪み)を整理し、重要プロセスの模擬性を再確認した。

In order to validate the one-dimensional thermal hydraulic analysis code, Super-COPD, the experiment under natural circulation (NC) conditions using the plant dynamics test loop (PLANDL) was analyzed. In the present analysis, all seven subassemblies in the PLANDTL core were modeled and each subassembly was divided into the center and peripheral region due to evaluate the radial heat transfer through the wrapper tube walls. Boundary conditions were as follows: the flow rate, the core inlet temperature and the heater power in each subassembly. As a result, the sodium temperature at the top of the heated region was in good agreement with the experiment. Furthermore, the scaling analysis was performed based on the top-down approach in the Hierarchical Two-Tiered Scaling. In the top-down approach, characteristic time ratios normalized the characteristic frequency of various transfer processes such as NC head, shape and friction loss, heat transfer and heat conduction etc. with the residence time in the core region were obtained by normalizing conservation equations of mass, momentum and energy. It was found that under NC, the largest characteristic time ratio was the one for NC head, or NC was the most important process in the core region. Then, the scale distortions of these characteristics time ratios between PLANDTL and MONJU were evaluated and thus the modeling performance of important process could be reconfirmed.