Development of a multiphysics analysis system for sodium-water reaction phenomena in steam generators of sodium-cooled fast reactors

高速炉蒸気発生器のナトリウム-水反応現象に対するマルチフィジックス解析システムの開発

内堀 昭寛 ; 栗原 成計 ; 大島 宏之

Uchibori, Akihiro; Kurihara, Akikazu; Ohshima, Hiroyuki

高速炉蒸気発生器の伝熱管破損時ナトリウム-水反応現象及び破損伝播発生可能性を評価するためのマルチフィジックス解析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、反応ジェットから伝熱管への熱移行評価と伝熱管破損判定を行う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液滴エントレインメント・輸送モデルを既存モデルに追加導入し、基礎的実験やナトリウム中水蒸気噴出実験を解析して解析手法の適用性を示した。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、それぞれの妥当性を関連実験の解析から示した。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することで適用性を向上させた。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と破損伝播発生の有無を評価可能とした。

A Multiphysics analysis system was newly developed to evaluate possibility of failure propagation occurrence in a steam generator of sodium-cooled fast reactors. The system consists of the computer codes, SERAPHIM, TACT, and RELAP5. The SERAPHIM code calculates the multicomponent multiphase flow involving sodium-water chemical reaction. Applicability of the SERAPHIM code was confirmed through the analyses of the basic experiment and the experiment on water vapor discharging in liquid sodium. The TACT code was developed to calculate heat transfer from the reacting jet to the adjacent tube and to predict the tube failure occurrence. The numerical models of the TACT code were verified through some related experiments. The RELAP5 code evaluates thermal hydraulic behavior of water inside the tube. The original heat transfer correlations were corrected for the rapidly heated tube. The developed system enabled us to evaluate the wastage environment and possibility of failure propagation.