Development of numerical evaluation method for heat transportation with sodium mist in the cover gas region of sodium-cooled fast reactor

ナトリウム冷却高速炉のカバーガス領域におけるナトリウムミストによる熱輸送の数値評価手法の開発

早川 教*; 萩原 裕之*; 今村 亮*; 小野田 雄一 ; 田中 正暁  ; 中村 博紀*

Hayakawa, Satoshi*; Hagiwara, Hiroyuki*; Imamura, Akira*; Onoda, Yuichi; Tanaka, Masaaki; Nakamura, Hironori*

ナトリウム冷却高速炉では、高温のナトリウムが構造物に接触するのを防ぐため、主容器内のナトリウムプールの上部にアルゴンガスで満たされたカバーガス領域が設けられている。この領域では、カバーガスの自然対流による熱輸送、液面と構造物間の輻射、ミストと蒸気間のナトリウムの相変化とともに、蒸発、凝縮、構造物への沈着によるナトリウムの質量輸送も起こる。本研究では、市販のCFDコードFluentにナトリウムミストの輸送・成長モデル、輻射散乱モデルを組み込んだ数値評価法を開発した。評価法の妥当性を確認するため、円筒形のカバーガス領域を持つ実験室規模の試験のシミュレーションを実施し、カバーガス領域内の温度分布とナトリウムミスト濃度、およびカバーガス領域を横切る熱流束が試験結果とよく一致することを確認した。プール型ナトリウム冷却高速炉のシミュレーションでは、過飽和度が大きいカバーガス領域の上部にある環状部を中心に、より低温の領域でナトリウムミストが生成されること、カバーガスがナトリウム液面から上昇する領域では、カバーガス温度とナトリウムミスト濃度が高くなることがわかった。

In a sodium-cooled fast reactor, a cover gas region filled with argon gas is located above the sodium pool in the main vessel to prevent the hot sodium from contacting the structures. This region involves heat transportation by natural convection of the cover gas, radiation among liquid surface and structures, and sodium phase change between mist and vapor. In this study, the numerical evaluation method has been developed with a commercial CFD code, Fluent, incorporating the sodium mist transport and growth models, and the radiation scattering model. Simulations of a laboratory scale test with a cylindrical cover gas region was carried out for the validation of the method and showed that the temperature distribution and sodium mist concentration in the cover gas region are in good agreements with the test results. A simulation of a pool-type sodium cooled fast reactor has also conducted and the basic aspect of physical phenomena taking place in the cover gas region were evaluated.