工学的近似を用いたナトリウム-水反応ジェット挙動評価用粒子法コードの研究

Study on sodium-water reaction jet evaluation model based on engineering approaches with particle method

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.*

仮にナトリウム(Na)冷却高速炉の蒸気発生器(SG: Steam generator)内部の伝熱管から加圧された水/水蒸気が漏えいした場合、管内外の圧力差のため高流速かつ高温の腐食性ジェットを形成される。このジェットが隣接する管に新たな破損を生じさせ、管破損が伝播する可能性がある。このような伝熱管破損伝播事象の評価はNa冷却高速炉の安全性評価において重要である。数値解析コードLEAP-IIIは、実験相関式や1次元保存式などで構成され、事象進展に伴う水リーク率変化を低計算コストで評価できるが、構成モデルのひとつである現在の反応ジェット温度分布評価モデルでは、いくつかの条件において高温領域を過度に広く評価する。低計算コストという利点を生かしつつ、この温度分布評価を精緻化するため、工学的近似に基づいたLagrange粒子法コードを開発してきた。本論文では、管群内の流体挙動評価に注目し、管近傍の粒子挙動に関する新しいモデルを構築した。本粒子コードと既往の計算流体力学コードを用いてテスト解析を行い、構築したモデルにより、ターゲット管内部に粒子が侵入しない、管周りに粒子が広がる、最終的に浮力方向への運動に帰結する、という基本的な挙動が示されることを確認した。

If a pressurized water/water-vapor leaks from a heat transfer tube in a steam generator (SG) in a sodium-cooled fast reactor (SFR), sodium-water reaction forms high-velocity, high-temperature, and corrosive jet. It would damage the other tubes and might propagate the tube failure in the SG. Thus, it is important to evaluate the effect of the tube failure propagation for safety assessment of SFR. The computational code LEAP-III can evaluate water leak rate during the tube failure propagation with short calculation time, since it consists of empirical formulae and one-dimensional equations of conservation. One of the empirical models, temperature distribution evaluation model, evaluates the temperature distribution in SG as circular arc isolines determined by experiments and preliminary analyses instead of complicated real distribution. In order to improve this model to get more realistic temperature distribution, we have developed the Lagrangian particle method based on engineering approaches. In this study, we have focused on evaluating gas flow in a tube bundle system, and constructed new models for the gas-particles behavior around a tube to evaluate void fraction distribution near the tube. Through the test analysis simulating one target tube system, we confirmed the capability of the models and next topic to improve the models.