Validation of the hybrid turbulence model in detailed thermal-hydraulic analysis code SPIRAL for fuel assembly using sodium experiments data of 37-pin bundles

37本ピンバンドルナトリウム試験による詳細熱流動解析コードSPIRALにおけるハイブリッド型乱流モデルの妥当性確認

吉川 龍志  ; 今井 康友*; 菊地 紀宏  ; 田中 正暁  ; 大島 宏之

Yoshikawa, Ryuji; Imai, Yasutomo*; Kikuchi, Norihiro; Tanaka, Masaaki; Ohshima, Hiroyuki

ナトリウム冷却高速炉安全性強化研究では、燃料ピンの構造健全性を評価するために各種運転条件下におけるワイヤスペーサ型燃料集合体内熱流動特性の解明が重要である。そこで有限要素法による集合体詳細熱流動解析コードSPIRALが開発されている。本研究では、SPIRALにおける壁近傍低Re数効果を考慮したハイブリッド型乱流モデルの妥当性を確認するために、層流-乱流遷移条件及び乱流条件を含む異なるRe数条件下の37本ピンバンドルナトリウム実験の再現解析を実施した。SPIRALによる予測された温度分布はナトリウム実験で測定され温度と一致した。以上によって、SPIRALにおけるハイブリッド型乱流モデルの広範囲Re数条件下ナトリウム冷却集合体熱流動評価への適用性を確認した。

In the study of safety enhancement on advanced sodium-cooled fast reactor, it is essential to clarify the thermal-hydraulics under various operation conditions in a fuel assembly (FA) with the wire-wrapped fuel pins to assess the structural integrity of the fuel pin. A finite element thermal-hydraulics analysis code named SPIRAL has been developed to analyze the detailed thermal-hydraulics phenomena in a FA. In this study, the numerical simulations of the 37-pin bundle sodium experiments at different Re number conditions, including a transitional condition between laminar and turbulent flows and turbulent flow conditions, were performed to validate the hybrid turbulence model equipped in SPIRAL. The temperature distributions predicted by SPIRAL was consistent with those measured in the experiments. Through the validation study, the applicability of the hybrid turbulence model in SPIRAL to thermal-hydraulic evaluation of sodium-cooled FA in the wide range of Re number was confirmed.