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論文

ナトリウム冷却高速炉の崩壊熱除去システム運用時の炉内熱流動解析評価手法整備; ナトリウム試験装置PLANDTL-2の模擬炉容器内熱流動予備解析

田中 正暁; 小野 綾子; 浜瀬 枝里菜; 江連 俊樹; 三宅 康洋*

日本機械学会関東支部茨城講演会2018講演論文集(CD-ROM), 4 Pages, 2018/08

ナトリウム冷却高速炉の安全性強化の観点から極めて有効な方策である自然循環崩壊熱除去時において、事故時を含むあらゆる条件下で原子炉容器内の熱流動場を予測できる解析評価手法の構築が重要となっている。そこで、浸漬型炉内直接冷却器を有する炉上部プレナム部と炉心部からなるナトリウム試験装置(PLANDTL-2)を対象に、試験解析に向けた準備として、適切な冷却器モデルの構築に着目して予備解析を実施した結果について報告する。

論文

高速炉自然循環崩壊熱除去時炉心内熱流動現象に対するプラント動特性解析コードの適用性に関する研究

浜瀬 枝里菜; 堂田 哲広; 鍋島 邦彦; 小野 綾子; 大島 宏之

日本機械学会論文集(インターネット), 83(848), p.16-00431_1 - 16-00431_11, 2017/04

日本原子力研究開発機構では、ナトリウム冷却高速炉の設計及び安全評価用の解析手法の1つとしてプラント動特性解析コードSuper-COPDを開発している。本研究では、自然循環時の炉心内ナトリウム温度分布の予測精度を向上させるため、燃料集合体内摩擦損失係数導出方法の見直しを行った。本解析コードの妥当性確認の一環として、ナトリウム試験装置PLANDTLを用いた自然循環崩壊熱除去運転模擬試験の解析を実施したところ、炉心内ナトリウム温度分布の解析結果は試験結果とよく一致した。これにより、本解析コードが自然循環時の主要な炉心内熱流動現象である燃料集合体内/間の流量再配分、集合体間熱移行を適切に再現できることを示した。

論文

高速炉自然循環時炉心内熱流動現象に対するプラント動特性解析コードの妥当性確認

浜瀬 枝里菜; 堂田 哲広; 鍋島 邦彦; 小野 綾子; 大島 宏之

第21回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集(USB Flash Drive), 2 Pages, 2016/06

高速増殖炉の自然循環時炉心内では浮力や熱伝導の効果が卓越し、燃料集合体間/内流量再配分、集合体間熱移行、集合体間ギャップ部流れといった炉内熱流動現象が重要になる。日本原子力研究開発機構では、自然循環崩壊熱除去時の炉心最高温度を精度よく評価するため、これらの現象を考慮できる全炉心熱流動モデルを組み込んだプラント動特性解析コードSuper-COPDの整備を行っている。本報では、7本の模擬燃料集合体から成るナトリウム試験装置を用いた自然循環試験の解析を実施し、集合体間熱移行現象に関する本モデルの妥当性を確認した。

論文

Ongoing validation of sodium fire analysis code system for SFR safety evaluation

大野 修司; 浜瀬 枝里菜; 上出 英樹

Proceedings of 2013 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2013) (USB Flash Drive), 8 Pages, 2013/04

高速炉プラントの安全性検討評価に用いるナトリウム燃焼解析コードシステムについて、解析コードの概要及びその検証と妥当性確認に関する活動の状況を紹介した。検証と妥当性確認(V&V)は、評価対象を設定して重要現象・支配因子を摘出したうえで妥当性確認計画を策定するという手順で実施した。現在進めている妥当性確認の例として、評価で重要となるナトリウム液滴燃焼解析モデルについて要素実験結果を利用した精度評価結果を示した。また、ナトリウムスプレイ燃焼に関する解析的検討を通じて、雰囲気ガスの多次元熱流動解析による効果を検討した。

論文

Investigation of dominant factors for evaluation of sodium leak and fire accident consequences by sensitivity analyses

大野 修司; 浜瀬 枝里菜; 上出 英樹

Proceedings of 8th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-8) (USB Flash Drive), 5 Pages, 2012/12

ナトリウム漏えい燃焼事故影響に関する支配因子を同定するために、多セル解析コードSPHINCSを用いて大規模2セル体系でのスプレイ・プール同時燃焼の感度解析を行った。ガス圧力上昇及びプール下の鋼板温度上昇を注目すべき評価指標とした解析の結果、重要な事象構成因子が定量的に明らかになり、解析コード妥当性確認や安全評価結果の不確かさ評価に反映できる知見を得ることができた。

口頭

ナトリウム燃焼解析コードの検証・整備,3; 感度解析による事象支配因子の分析

大野 修司; 浜瀬 枝里菜; 上出 英樹

no journal, , 

高速炉の設計検討と安全性評価へ資するために進めているナトリウム燃焼解析コードの検証及び妥当性確認の一環として、ナトリウム漏えい燃焼時の熱影響に関する感度解析を行い、事象を構成する諸現象因子の不確かさが評価指標に及ぼす影響を定量的に調べた。

口頭

ナトリウム燃焼解析コードの検証・整備,4; 2セル体系における大規模ナトリウム漏えい燃焼実験の解析

浜瀬 枝里菜; 大野 修司

no journal, , 

ナトリウム(Na)冷却高速炉の安全性評価に用いるために、Na燃焼解析コードの検証・整備を実施している。本件では、燃焼室と隣接室の間及び隣接室と外部の間にそれぞれ開口部を有する2セル体系における大規模Na漏えい燃焼実験の解析を、燃焼解析コードであるSPHINCSを用いて実施した。その結果、実験値及びSPHINCS解析値において、隣接室の雰囲気ガス圧力が燃焼室に比べて約0.05s後に追従しており、燃焼室から隣接室への雰囲気ガス圧力伝播挙動がおおむね再現できることを確認した。また、実験値とSPHINCS解析値の燃焼室及び隣接室における雰囲気ガス圧力の比較により、鉄骨及び天井に衝突し飛散するNa液滴の燃焼をスプレイ燃焼モデルで表現可能であることを確認した。

口頭

ナトリウム燃焼解析コードの検証・整備,5; AQUA-SFコードによる多次元解析の有効性の評価

大野 修司; 大木 裕*; 浜瀬 枝里菜; 上出 英樹

no journal, , 

高速炉の設計検討と安全性評価へ資するために、ナトリウム燃焼解析コードの検証及び妥当性確認を進めている。本報では、雰囲気の多次元熱流動解析を可能とするAQUA-SFコードを用いてナトリウムスプレイ漏えい条件を変えたパラメータ解析を実施し、局所的な酸素欠乏領域の形成が燃焼影響へ及ぼす効果を検討・評価した。

口頭

ナトリウム燃焼影響解析評価手法の開発研究

大野 修司; 浜瀬 枝里菜

no journal, , 

原子力機構では、高速炉プラントの冷却材ナトリウムが万一空気中へ漏えいして燃焼する場合の建物内熱影響を予測する数値解析コードを開発整備し、その解析性能をナトリウム燃焼試験データとの比較等によって確認・評価する研究を実施している。本報では、この解析コード検証・妥当性確認の現況を述べる。妥当性確認は、評価の対象・目的に応じた重要現象・支配因子に焦点を絞って進めている。重要評価事象の一つである大規模スプレイ漏えい燃焼については、雰囲気多次元熱流動を考慮したナトリウム燃焼解析コードの活用が有効であることを示す。

口頭

ナトリウム燃焼解析コードの検証・整備,6; ナトリウム液滴飛散を伴う燃焼実験の解析

浜瀬 枝里菜; 大野 修司

no journal, , 

ナトリウム(Na)冷却高速炉の安全性評価に用いるために、Na燃焼解析コードの検証・整備を実施している。本件では、燃焼室と隣接室の間及び隣接室と外部の間にそれぞれ開口部を有する2セル体系における大規模Na漏えい燃焼実験の解析を、燃焼解析コードであるSPHINCSを用いて実施した。燃焼室では、鉛直上向きに噴出したNaが障害物、天井及び側壁へ衝突し、液滴化・飛散しながら燃焼する現象が生じており、この現象を時系列で整理し、実現象に即した解析条件を設定して解析を行った。その結果、燃焼室における雰囲気ガス圧力の急上昇と低下の挙動及び評価指標となる雰囲気ガス圧力ピーク値を概ね捉えていることを確認した。またSPHINCS解析より、雰囲気ガス圧力はガス温度上昇(0.3sから0.4s間で約200$$^{circ}$$C上昇)に伴う膨張によって急上昇するが、燃焼室から隣接室方向へ開放されるためにその後ピークを形成して低下していることを確認した。

口頭

ナトリウム冷却高速炉における格納容器破損防止対策の有効性評価技術の開発,2; ナトリウム燃焼時の熱影響詳細評価手法の開発

青柳 光裕; 浜瀬 枝里菜; 大野 修司; 山田 貴大*; 渡辺 正*; 宇埜 正美*

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉の重大事故時の格納容器破損モードに関する現象評価手法の開発プロジェクトを開始している。本研究では雰囲気空間の多次元熱流動を考慮したナトリウム燃焼時の熱影響詳細評価手法の開発を行う。

口頭

PLANDTL試験施設を用いたプラント動特性コードSuper-COPDによる高速炉自然循環時炉心内熱流動解析の妥当性確認

浜瀬 枝里菜; 小野 綾子; 堂田 哲広; 鍋島 邦彦; 大島 宏之

no journal, , 

高速炉における自然循環崩壊熱除去時の炉心内熱流動に対するプラント動特性コード(Super-COPD)の妥当性を確認するため、ナトリウム試験施設(PLANDTL)を用いた試験解析を実施した。PLANDTL炉心は中心集合体1体、周辺集合体6体の計7体から成る。Super-COPD解析ではこれら全集合体を模擬したモデルを使用し、また集合体内は中心と周辺領域の2領域に分割し、径方向熱移行を考慮した解析を実施した。境界条件は、炉心入口温度及び流量、炉心出力として試験データから与えた。その結果、集合体発熱部ナトリウム温度が、(1)スクラム後の出力低下、(2)ポンプ停止、(3)浮力による流量増、(4)2次系空気冷却器ブロワ停止による流量減の影響による温度変化を経て自然循環状態に移行しており、試験結果と概ね一致することを確認した。さらに、階層的2層スケーリング法(H2TS)のトップダウンアプローチに基づき、炉心全体の時間スケールで集合体及び集合体間隙における輸送プロセス(自然循環ヘッド, 形状・摩擦損失, 熱伝達, 熱伝導など)の周波数を規格化したcharacteristic time ratio($$Pi$$)を質量・運動量・エネルギー保存式を無次元化することにより求めた。PLANDTLにおいて自然循環時では、自然循環ヘッドに関する$$Pi$$最も大きく、炉心内の重要プロセスであることを確認した。またこれらのもんじゅにおける値とのずれ(スケール歪み)を整理し、重要プロセスの模擬性を再確認した。

口頭

プラント動特性解析コードSuper-COPDを用いた自然循環時炉心内熱流動解析

浜瀬 枝里菜; 堂田 哲広; 鍋島 邦彦; 小野 綾子; 大島 宏之

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉における自然循環崩壊熱除去時の燃料集合体内流量再配分現象に対するプラント動特性コード(Super-COPD)の妥当性を確認するため、ナトリウム試験施設(PLANDTL)を用いた自然循環試験を対象に解析を実施した。その結果、炉心モデルは発熱部上端・中間部の集合体内ナトリウム温度をおおむね再現しており、浮力の効果による集合体内流量再配分をよく模擬できることを確認した。

口頭

プラント動特性解析コードSuper-COPDを用いた自然循環時炉心内熱流動解析,2; 燃料集合体間熱移行モデルの適用性評価

浜瀬 枝里菜; 堂田 哲広; 鍋島 邦彦; 小野 綾子; 大島 宏之

no journal, , 

高速炉における自然循環崩壊熱除去時の燃料集合体間熱移行現象に対するプラント動特性解析コード(Super-COPD)の適用性を確認するため、ナトリウム試験装置(PLANDTL)を用いた隣接集合体間に有意な温度差がつく条件での自然循環相当流量定常試験を対象として解析を実施した。温度差条件を変えた2ケースにおいて、隣接する集合体3体全ての集合体内冷却材温度分布が試験結果とよく一致した。これにより燃料集合体間熱移行現象に対するSuper-COPDの適用性を確認した。

口頭

ナトリウム冷却高速炉における格納容器破損防止対策の有効性評価技術の開発,18; ナトリウム燃焼時の熱影響詳細評価手法の開発のまとめ

青柳 光裕; 高田 孝; 大野 修司; 浜瀬 枝里菜; 宇埜 正美*

no journal, , 

本研究ではナトリウム冷却高速炉の格納容器へ負荷を与えうるリスクの一つとされるナトリウム漏えい燃焼事象に着目している。本報では、ナトリウム燃焼時の熱影響詳細評価手法の開発のまとめとして、スプレイ燃焼や熱移行に関わるモデル整備や上向きスプレイ燃焼試験の解析を通じた妥当性評価について報告する。

口頭

ナトリウム冷却高速炉崩壊熱除去時の炉内熱流動解析評価手法の整備; 多孔質媒体モデルを用いたサブチャンネルCFD解析の適用検討

浜瀬 枝里菜; 菊地 紀宏; 堂田 哲広; 田中 正暁; 今井 康友*

no journal, , 

本研究では、実機における炉心-プレナム相互作用を予測可能な数値解析手法の構築の初段階として、37本ピン燃料集合体を対象に、CFD解析におけるポーラス・サブチャンネルモデルを適用した。高流量および低流量条件において、ポーラス・サブチャンネルモデルを用いたFluent解析および燃料集合体サブチャンネル解析コードとして実績のあるASFREコードを用いた解析を実施したところ、温度および流速ともに最大1.5%の差にとどまったことから、CFD解析におけるポーラス・サブチャンネルモデルの適用性を確認した。

口頭

ナトリウム冷却高速炉の自然循環崩壊熱除去時における炉容器内熱流動解析評価手法整備,1; ポーラスボディモデルを用いたサブチャンネルCFD解析の適用性確認

浜瀬 枝里菜; 今井 康友*; 菊地 紀宏; 堂田 哲広; 田中 正暁

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉における直接炉内補助冷却系(DRACS)の性能評価では、炉心-プレナム相互作用現象を精度良く評価する必要がある。本研究では、商用CFDコードを用いた、自然循環状態で複数の崩壊熱除去系が作動した場合の炉心-プレナム相互作用を含めた複雑な炉内熱流動挙動を予測可能な多次元解析評価手法の整備を目的としている。本報では、その第一段階として、燃料集合体内について、商用CFDコードにサブチャンネル解析の考え方を適用して、ポーラスボディモデルを用いる際に唯一考慮できる等方的な流体体積割合(空隙率)の設定に対し、熱拡散項に径方向の流路面積割合(透過率)を考慮可能な解析手法を開発した。本手法を用いて、37本ピンで構成される模擬燃料集合体ナトリウム試験(Re=52,000)解析を実施した結果、解析結果は試験結果と良く一致し、まずは、本手法の高流量条件に対する適用性を確認した。

口頭

高速炉における複数解析コードの連成による設計最適化統合プラットフォームの開発

堂田 哲広; 浜瀬 枝里菜; 菊地 紀宏; 田中 正暁

no journal, , 

高速炉プラント設計における従来の解析評価では、評価対象である物理現象を個別に評価しており、保守的な境界条件で現象間の相互作用を考慮することから、プラント全体では保守的な評価となる可能性がある。そこで、本研究では、プラント全体で最適化を達成することを目的に、これまで個別に開発してきた高速炉の詳細解析コードをプラント動特性解析コードと連成させる統合プラットフォームの開発を行い、プラント各部で生じる現象間の相互作用を考慮可能な評価手法を整備している。本報では、統合プラットフォームの開発目的と解析コードの連成手法の概要及び今後の展開について概説する。

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