Velocity distribution in the subchannels of a pin bundle with a wrapping wire; Evaluation of the Reynolds number dependence in a three-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流速分布; 3ピン体系における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*

商用化を目指したナトリウム冷却高速炉では高燃焼度の炉心設計を指向している。ナトリウム冷却炉では燃料ピン間にワイヤスペーサを設けており、このスペーサの機能は冷却材流路の確保及びサブチャンネル間の混合促進である。高燃焼度化の燃料集合体では、熱伸びに起因する燃料ピンの変形により局所的な流量減少及びこれに起因する除熱能力の低下が懸念される。このため、ワイヤスペーサ型ピンバンドル内の流速場を理解することは重要となる。本研究では、層流域から乱流域まで条件下におけるワイヤスペーサ型ピンバンドル内の流速場を把握するため、3ピンバンドル体系試験装置を用いた試験を実施した。試験結果より、ワイヤから離れた位置において、Re数低下に伴い無次元化速度は増大することが明らかになった。また、ワイヤスペーサを外した体系での試験も実施し、層流域においてワイヤによる混合が生じていることを確認した。本研究の試験結果は、ピンバンドル内の流動場を理解するためだけでなく、コード検証にも資する。

A sodium-cooled fast reactor has been designed to attain a high burn-up core in commercialized fast reactor cycle systems. The sodium-cooled fast reactor adopts a wire spacer between fuel pins. The wire spacer performs functions of securing the coolant channel and the mixing between subchannels. In high burn-up fuel subassemblies, the fuel pin deformation due to swelling and thermal bowing may decrease the local flow velocity in the subassembly and influence the heat removal capability. Therefore, understanding the flow field in a wire-wrapped pin bundle is important. This study performed particle image velocimetry (PIV) measurements using a wire-wrapped three-pin bundle water model to grasp the flow field in the subchannel under conditions, including the laminar to turbulent regions. In the region away from the wrapping wire, the maximum flow velocity was increased by decreasing the Re number. Accordingly, the PIV measurements using the three-pin bundle geometry without the wrapping wire were also conducted to understand the effect of the wrapping wires on the flow field in the subchannel. The results confirmed that the mixing due to the wrapping wire occurred, even in the laminar condition. These experimental results are useful not only for understanding the pin bundle thermal hydraulics, but also for the code validation.