Applicability of a mechanistic numerical method 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機構論的数値解析手法の適用性

内堀 昭寛 ; 大島 宏之

Uchibori, Akihiro; Ohshima, Hiroyuki

Na冷却高速炉の蒸気発生器において伝熱管破損時に形成される隣接伝熱管周りのウェステージ環境を評価するため、Na側で生じる圧縮性多成分多相流及びNa-水化学反応を対象とした機構論的数値解析コードSERAPHIMを開発している。本研究では、実機条件を再現したNa中水蒸気噴出実験を解析することでSERAPHIMコードの適用性を検討した。解析結果において、水蒸気の噴出によって形成された不足膨張を伴う反応ジェットが隣接する伝熱管に衝突する挙動を再現していることを確認した。また、このときの温度分布は実験結果とよく一致することを示した。解析では噴流界面における液滴のエントレインメント及び液滴の輸送を考慮しているが、解析結果において隣接伝熱管近傍で液滴速度の高い領域が、実験においてウェステージの発生した位置と一致することも示した。以上の結果から、SERAPHIMコードは温度分布や液滴挙動などウェステージに影響する環境を予測可能であるとの結論を得た。

For assessment of the wastage environment under tube failure accident, a mechanistic computer code called SERAPHIM calculating compressible multicomponent multiphase flow with sodium-water chemical reaction has been developed. In this study, applicability of the SERAPHIM code was investigated through the analysis of the experiment on water vapor discharging in liquid sodium under actual condition of the steam generator. The numerical result showed that the underexpanded jet appeared and impinged on the target tube located above the discharging tube. The calculated temperature distribution agreed with the measurement result well. The liquid droplet entrainment and its transport were considered in this analysis. The region with higher impingement velocity of the liquid droplet was close to the wastage region confirmed in the experiment. It was demonstrated that the SERAPHIM code could predict the temperature distribution and the environment of LDIE under the actual condition.