Friction factor and Reynolds number correlation for finned tube bundle of the air cooler of Monju reactor

もんじゅの空気冷却器のフィン付き管群の摩擦係数とレイノルズ数の相関

素都 益武 

Sotsu, Masutake

新規制基準を適用するための設計基準を超えた安全解析では、解析モデルの正確性、より高い温度とより低い流量条件での冷却能力の解析モデルの適用性が長期の全電源喪失などの重大な事故を解析するために不可欠である。本研究では、流路への複雑な管束形状を有する圧力損失挙動の実験についての調査と実機の設備形状およびプラント試験データに基づく解析評価を記述する。具体的にはフィン付き管群の実験データおよび実機の形状に基づくCFDによる解析結果との比較評価、不確実性を考慮し摩擦係数の適用可能な相関式を提案している。これにより、管群部の圧力損失の寄与は、設計段階よりも明確になり、本研究の成果、すなわち実験データの調査とCFDを使用した評価は、低レイノルズ数での冷却能力が要求された場合の空気冷却器の設計に適用可能である。

Applicability of the analysis model of the cooling ability under a high temperature and low flowrate condition should be improved to evaluate the plant safety in case of the severe accident due to long-term station blackout. The present study reviews experiments on pressure drop behavior for complicated tube bundle geometry to the flow path and then develops a new correlation equation based on a computational fluid dynamics analysis of the Monju air cooler reflecting the actual geometry and plant data. After a basic simulation model being developed for a typical pressure drop experiment, the simulation is applied to the Monju air cooler that has a finned tube bundle. The obtained relationship between friction factors and Reynolds numbers ranging from 10 to 10,000 are fitted to a power function to derive a correlation equation of the fin tube bundle friction factor. The derived correlation equation can estimate pressure loss in the finned tube bundle more precisely than that in the Monju design. It is applicable to the future reactor design of the air cooler, especially when the cooling ability in low Reynolds number is requested.