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Validation study of finite element thermal-hydraulics analysis code SPIRAL to a large-scale wire-wrapped fuel assembly at low flow rate condition

低流量条件下での大型燃料集合体試験による有限要素法流体解析コードSPIRALの妥当性確認

吉川 龍志; 今井 康友*; 菊地 紀宏; 田中 正暁; Gerschenfeld, A.*

Yoshikawa, Ryuji; Imai, Yasutomo*; Kikuchi, Norihiro; Tanaka, Masaaki; Gerschenfeld, A.*

有限要素法による流体解析コードSPIRALについて、乱流モデルとして層流から乱流領域まで伝熱流動特性を良好に再現できるHybrid型k-eモデルを採用した場合の低流量条件下における大型燃料集合体ナトリウム試験(GR91試験)の再現解析を実施し、高速炉燃料集合体への妥当性を確認した。解析の結果、流速に関して発熱上端付近において浮力の影響によって集合体中心領域が高流速となる結果が得られ、温度に関して試験計測温度との比較では解析は試験の傾向を良好に再現することを示した。以上によって、SPIRALコードの低流量条件下における集合体熱流動評価への適用性を確認した。

A finite element thermal-hydraulics simulation code SPIRAL has been developed in Japan Atomic Energy Agency (JAEA) to analyze the detailed thermal-hydraulics phenomena in a fuel assembly (FA) of Sodium-cooled Fast Reactors (SFRs). The numerical simulation of a large-scale sodium test for 91-pin bundle (GR91) at low flow rate condition was performed for the validation of SPIRAL with the hybrid k-e turbulence model to take into account the low Re number effect near the wall in the flow and temperature fields. Through the numerical simulation, specific velocity distribution affected by the buoyancy force was shown on the top of the heated region and the temperature distribution predicted by SPIRAL agreed with that measured in the experiment and the applicability of the SPIRAL to thermal-hydraulic evaluation of large-scale fuel assembly at low flow rate condition was indicated.

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