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Investigation on velocity distribution in the subchannels of pin bundle with wrapping wire; Evaluation of Reynolds number dependence in 3-pin bundle

ワイヤスペーサ型ピンバンドルのサブチャンネル内の流動場に関する研究; 3ピンバンドル体系におけるRe数依存性評価

相澤 康介; 檜山 智之; 西村 正弘; 栗原 成計; 石田 勝二*

Aizawa, Kosuke; Hiyama, Tomoyuki; Nishimura, Masahiro; Kurihara, Akikazu; Ishida, Katsuji*

商用化を目指すナトリウム冷却大型炉は高燃焼度炉心を採用する計画である。高燃焼度化による燃料ピンの変形により、燃料集合体内の局所的な流速低下及び伝熱性能低下が懸念される。したがって、ワイヤスペーサ型燃料ピンバンドル部の詳細な流速分布を把握することが設計上重要となる。本研究では、3ピンバンドル体系水試験において粒子画像速度測定手法を適用して、サブチャンネル内の流速場を把握した。試験条件として$$Re$$数は270$$sim$$13500の範囲で実施し、層流から乱流まで幅広い条件下での流速データを取得した。試験結果より、$$Re$$数が高い乱流条件と比較して$$Re$$数が低い層流条件においては、ワイヤから離れた位置において無次元化した最大流速が増大する傾向が示された。さらに、ワイヤを外した体系での試験も実施し、ワイヤがサブチャンネル内の流動場に与える影響を確認した。これらの結果は、ピンバンドル部の流動場把握のためだけでなく、解析コードの検証データとしても有用である。

A sodium-cooled fast reactor is designed to attain a high burn-up core in commercialized fast reactor cycle systems. In high burn-up fuel subassemblies, the deformation of fuel pin due to the swelling and thermal bowing may decrease local flow velocity in the subassembly and influence the heat removal capability. Therefore, it is important to obtain the flow velocity distribution in a wire wrapped pin bundle. In this study, the detailed flow velocity distribution in the subchannel has been obtained by PIV (Particle Image Velocimetry) measurement using a wire-wrapped 3-pin bundle water model. Flow velocity conditions in the pin bundle were set from 0.036 m/s ($$Re$$ = 270) to 1.6m/s ($$Re$$ = 13,500). From the PIV results, the maximum flow velocity was increased by decreasing the $$Re$$ number in the region away from the wrapping wire. Moreover, the PIV measurements by using the 3-pin bundle geometry without the wrapping wire were conducted. From the results, the effect of the wrapping wire on the flow field in the subchannel was understood. There experimental results useful not only for understanding of pin bundle thermal hydraulics but also code validation.

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