自由液面渦中心に沿った3次元減圧量分布を考慮したガス巻込み評価手法の構築

Development of gas entrainment evaluation method considering three-dimensional pressure decrease distribution along the center of free surface vortex

松下 健太郎  ; 江連 俊樹 ; 今井 康友*; 藤崎 竜也*; 田中 正暁  

Matsushita, Kentaro; Ezure, Toshiki; Imai, Yasutomo*; Fujisaki, Tatsuya*; Tanaka, Masaaki

ナトリウム冷却高速炉(SFR)の設計において、炉上部プレナム部における自由液面上に発生するくぼみ渦によって引き起こされるアルゴンカバーガスの巻込み現象(ガス巻込み現象)が重要な熱流動課題の一つとなる。日本原子力研究開発機構では、「StreamViewer」という評価ツールを用いたガス巻込み評価手法の開発を進めている。本研究では、ガスコア長の定量的な評価精度の向上を目的として、StreamViewerにおける評価モデルの高度化について検討した。具体的には、タンク型SFRの中間熱交換器のような、熱輸送系へのガスの入口となる吸込み口から、炉上部プレナムの自由液面へと伸長する渦の中心を表す線(渦中心線)を抽出し、渦中心線に沿った減圧量の分布を算出し、水頭圧と比較することでガスコア長を評価し、ガス巻込みの発生を判定するモデルについて検討した。本評価モデルを非定常渦が発生する矩形開水路の水試験体系の解析結果に適用し、本モデルによる評価によってガス巻込みの発生を判別可能であることを確認した。

In design of sodium-cooled fast reactors (SFRs), cover gas entrainment phenomena induced by vortex dimple at free surface in upper plena is an important thermal-hydraulic issue. Authors have developed an evaluation method of gas entrainment with an evaluation tool named "StreamViewer". In this study, modification of evaluation model to improve quantitatively prediction accuracy of gas core length was investigated. In this model, vortex center lines which elongated from suction port where entrance of gas to heat transport system, for instance, IHX inlet in pool type SFRs, to free surface in plenum were to be identified, and distribution of pressure decrease along vortex center line was calculated to judge possibility of gas entrainment in comparisons with hydraulic head. This evaluation model was applied to results of water experiment with a rectangular open channel, where unsteady vortices are generated. It was confirmed that this model can identify occurrence of gas entrainment.