Numerical investigation of self-wastage phenomena in steam generator of sodium-cooled fast reactor

ナトリウム冷却高速炉蒸気発生器におけるセルフウェステージ現象の数値解析

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、多次元数値解析コードSERAPHIMを用いた評価手法を構築し、既存実験に対して数値解析を実施した。本評価手法では、亀裂近傍の化学反応を伴う混相流動場を評価する数値解析を実施し、これによって得られた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伝熱管壁のウェステージ量を求め、次いで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する。以上の評価手順を繰り返すことで得られた亀裂拡大後サイズ及び形状が実験結果と一致し、構築した評価手法の妥当性を確認した。

Numerical analysis of the self-wastage phenomenon was carried out using a multi-dimensional computational code called SERAPHIM. Several steps of numerical analysis were constructed to reproduce transient self-wastage phenomenon caused by Sodium Water Reaction (SWR). Numerical analysis of multiphase flow with chemical reaction near the initial crack is firstly performed. The wastage amount is evaluated based on hypothetical Arrhenius equation by using the temperature and molar concentration of sodium hydroxide. New analytical grid is created by exchanging the solid cells to fluid cells in the reaction based on the wastage amount evaluation. These series of procedure is repeated. The width and the shape of the enlarged crack showed good agreement with the experimental results.