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高田 孝; 山口 彰; 橋本 昭彦*
JNC TN9400 2001-125, 184 Pages, 2002/03
JNC-TN9400-2001-125.pdf:10.43MB
ナトリウムを用いた蒸気発生器では、伝熱管内を流れる水が漏えいした場合、周囲のナトリウムと激しく反応する。このナトリウム-水反応による周囲伝熱管や機器へ及ぼす影響の把握は重要である。従来、実験により本現象の評価が行われてきたが、伝熱管の配置や運転条件等のパラメータの変更に応じて実験を繰り返し実施することはコスト的にも難しく、数値シミュレーションを用いた定量化が望まれる。そこで本研究では、ナトリウム-水反応モデルとして液体ナトリウム表面での水蒸気との反応モデル(表面反応モデル)、および蒸発したナトリウムガスと水蒸気との反応モデル(気相反応モデル)を組み込んだ多次元ナトリウム-水反応解析コードSERAPHIM(Sodium-watEr Reaction Analysis:Physics of Interdisciplinary multi-phase flow)を開発した。SERAPHIMコードを用いた蒸気発生器内ナトリウム-水反応の試解析を実施した結果、・漏洩開始後100msecでは表面反応が主体である ・表面反応での最高温度は約1200
であった ・カバーガス圧、相関熱伝達率の最高温度に対する感度は低い ・伝熱管群の配置及び漏洩速度が気相領域拡大に影響を及ぼす ことが得られた。また、本コードを用いることにより蒸気発生器内でのナトリウム-水反応現象の把握及び健全性評価が可能な見通しを得た。
大島 宏之; 橋本 昭彦*
JNC TN9400 2001-114, 100 Pages, 2001/10
JNC-TN9400-2001-114.pdf:2.76MB
高速炉の定格運転時および強制循環から自然循環へ行こうする過渡時を含む様々な運転状態に対し、インターラッパフローを含む炉心の熱流力挙動を精度良く評価することを目的として、全炉心熱流動解析コード ACTの開発を実施している。炉心部の熱流力挙動評価には、炉心内部の詳細なモデル化に加え、炉心部内の詳細なモデル化に加え、炉心部に対して適切な境界条件を与えることが重要であることから、本コードは、燃料集合体、炉心槽のみならず熱輸送系を解析するモジュール群で構成される。それらをカップリングすることによりプラントシステムの応答を加味した炉心部の詳細な熱流動挙動を解くことを可能とする。本報告は、大規模な体系への適用性を確保するために実施した、燃料集合体解析部のモデル追加および並列マシンやクラスターマシンなどで動作するメッセージパッシング方式によるコードの並列化についてまとめたものである。燃料集合体解析部については、これまでの各集合体内部の燃料ピン全てを模擬するモデル化に加えて、計算負荷軽減の観点から注目する集合体以外の集合体について熱流力挙動が同等となる簡易モデルを適用できるようにした。並列化については、コード内部の計算負荷やデータフローを分析することにより、数値計算アルゴリズムの見直しを含む最適なプログラムの並列化を行った。並列化に伴う各プロセス間のデータ通信やプログラム処理の同期などの制御に使用する並列化プログラミングツールには、MPI(Message Passing Interface)を用いた。これらの改良に対して、機能検証解析を実施し、改良したプログラムの基本動作を確認した。また、炉心解析モジュール(燃料集合体+炉心槽) および熱輸送系解析モジュールの入力マニュアルの整備も併せて行った。
大島 宏之; 永田 武光; 橋本 昭彦*; 後藤 博政*
JNC TN9400 2001-111, 192 Pages, 2001/09
JNC-TN9400-2001-111.pdf:10.04MB
実用化戦略調査研究Phase Iの一環として、各種炉型における炉心・燃料体熱流動評価を実施した。本報告書は平成12年度の成果をまとめたものである。1.ヘリウムガス冷却炉被覆粒子型燃料特性解析:解析手法を整備するとともに パラメータ解析を実施した。その結果、定格運転条件においては燃料層出入口面に適切な形状圧損を設定することにより、燃料層内を通過する冷却材の流量配分はコントロール可能であること、崩壊熱除去条件においては燃料層の発熱のみで自然循環流量を立ち上げるような状態が発生すれば徐熱は困難な可能性があることがわかった。また、局所詳細解析を実施し、冷却材流動場・温度場、被覆粒子表面温度分布、被覆粒子内燃料核最高温度の傾向を把握するとともに、圧力損失相関式の適用性を確認した。2.ナトリウム冷却炉内部ダクト付き燃料集合体特性解析: 再臨界排除を目的として検討されているナトリウム冷却炉内部ダクト付き燃料集合体について、ASFREコードにより熱流動解析を実施した。内部ダクトがある体系では、通常体系と比較してピーク温度が高くなること、その傾向はピン本数が少ない体系ほど強くなることを明らかにした。また、径方向にリニアに出力分布がある場合もピーク温度は高くなり、内部ダクトの有無による温度差はピーキングファクターにほぼ比例することを確認した。3.ナトリウム大型炉ダクトレス炉心熱流動解析:ダクトレス炉心設計例に対してパラメータ解析を実施した。その結果、燃料集合体間ギャップの漏れ流量の影響の大きいこと、このギャップ流量をグリッドスペーサ等で抑制すれば、ピーキング係数を小さくすることも可能であることを明らかにした。4.マイナーアクチニド添加MOX新燃料空気中保管時温度分布評価:空気雰囲気保管時の構造材温度評価を行った。縦置きの場合は、自然対流によりMA添加率5.0%において被覆管表面最高温度は制限温度値を下回り冷却可能であることが示された。一方、横置きの場合、燃料ピン方向の対流を無視した保守側評価においては、MA添加率1.2%でも冷却は困難となった。縦置きにして集合体内自然通風を期待するか、あるいは横置きで集合体内に強制通風を施すなどの対策が必要と考えられる。