ナトリウム冷却高速炉と混相流,2; 原子炉容器内自由液面渦によるカバーガス巻込み現象の評価

Sodium-cooled fast reactor and related multiphase flow phenomena, 2; Evaluation of gas entrainment phenomena by free surface vortex

江連 俊樹 

Ezure, Toshiki

ナトリウム冷却高速炉の設計において、原子炉容器内部の自由液面におけるカバーガス巻き込みは、主要な熱流動上の課題の一つである。冷却材中に巻き込まれたカバーガスは非凝縮性ガスとして振る舞い、炉心を通過する際に炉心反応度を乱す可能性がある。さらに、大量のカバーガス巻き込みは、原子炉容器内に設置された熱交換器の伝熱性能を低下させるおそれがある。このため、高速炉の設計では、液面からのガス巻き込みの抑制と、一次冷却材系に巻き込まれる非凝縮性ガス気泡の総量を制御することが一般に求められる。本論文は、ナトリウム冷却高速炉におけるカバーガス巻き込み現象に対する数値解析に基づく評価手法として、評価ツールStreamViewerを用いた自由液面渦に起因するガス巻き込みの評価手法、およびSYRENAコードを用いた一次冷却材系内における非凝縮性ガスの輸送挙動の解析手法を含むアプローチを紹介する。

In the design of sodium-cooled fast reactors (SFR), cover gas entrainment at the free surface inside the reactor vessel is one of the key thermal-hydraulic issues. Cover gas entrained into the coolant behaves as non-condensable gas and can disturb core reactivity while passing through the core. In addition, a large amount of entrained gas may degrade the heat transfer performance at heat exchangers. Therefore, fast reactor design usually requires suppression of gas entrainment and control of the total amount of non-condensable gas bubbles entrained into the primary coolant system. This paper presents an evaluation approach based on numerical analyses for cover gas entrainment phenomena in SFRs, including an evaluation method for gas entrainment induced by free-surface vortices using the evaluation tool StreamViewer and an analysis method for the transport behavior of non-condensable gases within the primary coolant system using the SYRENA code.