Study on the two-phase flow in simulated LWR fuel bundle by CFD code

CFDコードを用いた軽水炉燃料集合体内の二相流挙動研究

小野 綾子 ; 山下 晋   ; 鈴木 貴行*; 吉田 啓之  

Ono, Ayako; Yamashita, Susumu; Suzuki, Takayuki*; Yoshida, Hiroyuki

機構論に基づいた限界熱流束(CHF)予測手法は、軽水炉燃料の最適設計や安全評価に必要である。CHFを予測するためにはバンドル内を流れる気泡の大きさや速度が必要となるが、既存の気泡運動に関する方程式を用いて、複雑な形状の燃料集合体内の気泡の大きさや速度を求めることは不可能である。そこで、本研究では、界面追跡法を用いた数値解析により、直接的に燃料集合体内の二相流データを得る。解析コードは原子力機構で開発しているJUPITERを用い、44バンドル体系において断熱条件で解析した。解析結果と既存の二相流研究データと比較することで解析コードの妥当性を検証し、CHF評価のための数値シミュレーション利用についてその可能性を確認した。

An evaluation methodology of critical heat fluxes (CHFs) based on a mechanism for fuel assemblies in light water reactors (LWRs) is needed in order to design and evaluate the safety for the fuel assemblies in LWRs. In our study, the numerical simulation with surface-tracking will be applied for the two-phase flow in fuel assemblies in order to obtain the detail data relating to the size and velocity of bubbles in the subchannel, which is needed to predict the CHF based on the mechanism. In this study, the numerical simulation of two-phase flow in 44 bundle was implemented by using JUPITER in order to establish the evaluation method of the size and velocity of bubbles by the numerical simulation, which is the multi-physics simulation code and enable to track the gas-liquid surface. The simulation results are validated by the curve of flow regime for air-water under the adiabatic condition. The bubble and velocity of bubbles obtained by simulation results are analyzed.