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Development of unstructured mesh-based numerical method for sodium-water reaction phenomenon in steam generators of sodium-cooled fast reactors

Na冷却高速炉蒸気発生器のNa-水反応現象に対する非構造格子解析手法の開発

内堀 昭寛; 渡部 晃*; 高田 孝; 大野 修司; 大島 宏之

Uchibori, Akihiro; Watanabe, Akira*; Takata, Takashi; Ohno, Shuji; 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。従来のSERAPHIMコードは差分法を用いているが、本研究では、伝熱管の存在する複雑形状領域に対して解析精度を向上することを目的に非構造格子に対応した解析手法を開発し、SERAPHIMコードに組み込んだ。組み込み後SERAPHIMコードにより不足膨張噴流実験の解析を実施した結果、解析結果における圧力分布が実験結果と一致することを確認した。また、Na中へ水蒸気が噴出する現象を対象とした試解析も実施し、妥当な解析結果を得た。

For assessment of the wastage environment under tube failure accident in a steam generator of sodium-cooled fast reactors, a mechanistic computer code called SERAPHIM calculating compressible multicomponent multiphase flow with sodium-water chemical reaction has been developed. The original SERAPHIM code is based on the finite difference method. In this study, unstructured mesh-based numerical method was developed and introduced into the SERAPHIM code to advance a numerical accuracy for the complex-shaped domain including multiple heat transfer tubes. Validity of the unstructured mesh-based SERAPHIM code was investigated through the analysis of an under expanded jet experiment. The calculated pressure profile showed good agreement with the experimental data. Numerical analysis of water vapor discharging into liquid sodium was also performed. It was demonstrated that the proposed numerical method could be applicable to evaluation of the sodium-water reaction phenomenon.

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