Numerical evaluation of sodium-water reaction based on engineering approach with particle method

工学的近似を用いたナトリウム-水反応評価用粒子法コード

小坂 亘  ; 内堀 昭寛 ; 柳沢 秀樹*; 高田 孝  ; Jang, S.*

Kosaka, Wataru; Uchibori, Akihiro; Yanagisawa, Hideki*; Takata, Takashi; Jang, S.*

ナトリウム冷却高速炉の蒸気発生器の安全性評価や設計において、ナトリウム-水反応で生じる多相流の影響を評価することは重要である。伝熱管より高圧水あるいは高圧水蒸気が漏洩した場合、腐食性で高温かつ高流速のジェットが形成され、隣接伝熱管の破損を引き起こす可能性がある。多数の伝熱管破損が発生することにより、冷却系における1次-2次系バウンダリの破損に至る。上述した現象の影響を考慮した水リーク率を短い計算時間で評価するために、数値解析コードLEAP-IIIが開発されてきた。しかしながら、現在のEAP-IIIでは、構成要素のひとつである温度分布評価モデルのために、いくつかの解析条件で過度な保守性を示している。この過度な保守性を適正化するため、新たに工学的近似を用いたラグランジュ粒子法を開発した。また、蒸気発生器内における水蒸気ジェットの時間発展を模擬するテスト解析を実施した。解析結果をSERAPHIM(圧縮性と化学反応を考慮した多次元多相流熱流動解析コード)による結果と比較した。このテスト解析により、本手法の基本的な適用性を確認した。

For safety assessment or design of a steam generator (SG) of a sodium-cooled fast reactor, it is important to evaluate the effects of a multiphase flow involving sodium-water reaction. If pressurized water/water-vapor leaks from a tube, it forms a corrosive, high-temperature, and high-velocity jet, and may cause failure of the adjacent tubes. The occurrence of tube failure on many tubes will lead to failure of the boundary between the primary and secondary cooling loops. The numerical analysis code, LEAP-III, has been developed to evaluate water leak rate considering the effects of the above-mentioned phenomena with short computational time. In some cases, however, the current LEAP-III provides excessive conservativeness due to its temperature distribution evaluation model. In order to reduce this excess, we have developed a new Lagrange particle method with several engineering approaches. We also performed test analyses which simulate time development of the vapor jet with chemical reaction in a SG. The results of the developed method were compared with ones of the multi-dimensional multiphase thermal hydraulic analysis code, SERAPHIM which considers compressibility and chemical reaction. Through the test analyses, the basic capability of the developed method was confirmed.