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Numerical simulation of sodium mist behavior in turbulent Rayleigh-B$'e$nard convection using new developed mist models

新たなミストモデルを用いて乱流レイリー・ベナール対流におけるナトリウムミスト挙動の数値シミュレーション

大平 博昭*; 田中 正暁 ; 吉川 龍志 ; 江連 俊樹 

Ohira, Hiroaki*; Tanaka, Masaaki; Yoshikawa, Ryuji; Ezure, Toshiki

ナトリウム冷却高速炉(SFR)のカバーガス領域におけるミスト挙動を高精度で評価するため、混合気体のレイリー・ベナール対流(RBC)に対する乱流モデルを選定するとともに、ミストに対するレイノルズ平均数密度とミストの運動量方程式を開発し、OpenFOAMコードに組み込んだ。最初に、単純な並列チャネルのRBCを、Favre平均k-$$omega$$SSTモデルを使用して計算した。その結果、平均温度と流量特性はDNS, LES、および実験の結果とよく一致した。次に、本乱流モデルと新しく開発したミストモデルを用いて、SFRのカバーガス領域を模擬した熱伝達試験装置を計算した。その結果、計算された高さ方向の平均温度分布とミスト質量濃度が試験結果とよく一致した。本研究により、SFRのカバーガス領域において乱流RBC環境でのミスト挙動を高精度にシミュレートできる手法を開発した。

In order to evaluate the mist behavior in the cover gas region of Sodium-cooled Fast Reactors (SFRs) in good accuracy, turbulent model for Rayleigh-B$'e$nard convection (RBC) was selected, and the Reynolds-averaged number density and momentum equations for mist behavior were developed and incorporated into the OpenFOAM code. In the first stage, the RBC in a simple parallel channel was calculated using Favre-averaged k-$$omega$$ SST model. The average temperature and flow characteristics agreed well with results from DNS, LES, and experiments. Then the basic heat transfer experiment simulating the cover gas region of SFRs was calculated using this turbulent model and new mist models. The calculated average temperature distribution in the height direction and the mist mass concentration agreed well with the experimental results. We developed a method that could simulate the mist behavior in turbulent RBC environments and the cover gas region of SFRs with high accuracy.

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