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高速炉模擬燃料集合体内ワイヤピン周りの詳細流動解析

Numerical analysis of flow field around simulated wire-wrapped fuel pins of fast reactor

菊地 紀宏; 大島 宏之; 今井 康友*; 檜山 智之; 西村 正弘; 田中 正暁

Kikuchi, Norihiro; Ohshima, Hiroyuki; Imai, Yasutomo*; Hiyama, Tomoyuki; Nishimura, Masahiro; Tanaka, Masaaki

ナトリウム冷却型高速炉の経済性向上策の一つとして燃料の高燃焼度化が挙げられるが、その実現にはスエリング等による燃料ピン変形状態および変形時の燃料集合体内の熱流動現象を詳細に評価する必要がある。原子力機構では、燃料集合体熱流動詳細解析コードSPIRALを整備し、種々の検証解析を実施し、コード適用性を確認してきた。本報では、燃料ピン周りの詳細な速度分布が得られている3本ピン水試験を対象に試験解析を実施し、集合体内の速度場を精度よく再現できることを確認した。これにより、燃料集合体内ギャップ部における流れ場に対し、SPIRALに組み込まれたHybrid型乱流モデルが高い適用性を持つことを示した。

In an economically improved sodium-cooled fast reactor, a narrower gap is considered among the fuel pins so as to achieve a high burn-up. Therefore, it is needed to evaluate thermal-hydraulic characteristics in case of a change of the gap geometry due to deformation of fuel pin caused by such as a swelling and a thermal bowing. For this purpose, a FEM analysis code, SPIRAL has been being developed in JAEA and the code validations using water or sodium experimental results have also being performed. In this study, a numerical analysis of a flow field around wire-wrapped fuel pins based on a 3-pin bundle water experiment was carried out as a validation study of SPIRAL. As a result, it was demonstrated that the hybrid-type turbulent model incorporated in SPIRAL has a high applicability to investigate the flow structure of the narrow gap in the fuel assembly.

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