報告書番号

L08013

タイトル（和文）

高速炉用燃料ピンバンドル詳細変形解析システムの開発

タイトル（英文）

Development of Advanced Fuel Pin Bundle Distortion Analysis System for Fast Reactors

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

液体金属冷却高速炉の燃料ピン束の健全性を精度良く評価するため、汎用熱流動解析コードと燃料ピン変形解析コードを結合した連成解析システムを開発した。また、当所で設計研究を実施しているナトリウム冷却小型高速炉4Sの燃焼初期炉心を対象に燃料ピン変形解析を実施した。その結果、燃料ピンバンドルは高温の炉心上半領域で大きく変形し、冷却材流路形状が大きく変化して、集合体内の冷却性能が局所的に悪化した。このため、ピン変形を考慮した場合の集合体内温度分布は、特に炉心上半領域で変形なしの時に比べて複雑になり、局所的に高温部分が発生した。さらに、4S炉用燃料集合体は、従来形式のグリッドに加え、炉心での圧力損失低減の目的で、非発熱部のため温度勾配のつきにくいガスプレナム領域に部分グリッドを設置している。このガスプレナム領域の一部では、炉心と同程度の振幅を持つ波状変形が生じた。しかしながら、燃焼初期の4S炉用燃料集合体では、燃料ピン間および燃料ピンとダクト間の接触は発生しなかった。

概要 （英文）

An advanced fuel pin bundle distortion analysis system has been developed for detailed evaluation on the distortion of fuel pin bundle and the thermal hydraulic behavior in the fast reactor fuel subassembly. In this system, the reiteration analysis (so-called "two-way coupling") between the commercialized three-dimensional thermal hydraulic code "STAR-CD" and the three-dimensional finite element code "ETOILE" for fuel pin bundle distortion of liquid-metal-cooled fast reactor is executed. Therefore, we can obtain the results for the distortion behavior of fuel pin bundle and resulting change of coolant temperature distributions with high accuracy comparing with the conventional fuel pin bundle distortion analysis systems.
The advanced fuel pin bundle distortion analysis system was applied to evaluate the integrity of the fuel subassembly for sodium-cooled small fast reactor 4S (Super-Safe, Small and Simple) under the BOC condition. The fuel pin bundle is considerably distorted in the upper half region of the core and the shape of coolant subchannels is deformed, resulting in the deterioration of the local cooling performance in the fuel subassembly. This leads to the occurrence of local hot spot in the coolant subchannel and the deformation of uniform temperature distributions in the fuel subassembly. The several partial grid spacers, which are "4S-specific" and have only three rows of grid cells in the periphery of fuel subassembly to reduce the pressure loss in the core, are installed in the gas plenum region. The large distortion of the fuel pin bundle occurs in the part of the gas plenum region, similarly to that observed in the core region. However, the pin to pin and/or pin to duct contact does not occur in the 4S-type fuel subassembly under the BOC condition.

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