JP4922047B2 - 熱的限界出力相関式作成方法および燃料集合体設計方法 - Google Patents
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Description
MCPR=1.0は、燃料集合体出力Qbundleが熱的限界出力に到達する出力レベルである。
ここで、Xcは限界クォリティ、LBは沸騰長さ、DQは熱的等価直径、Lは加熱長さ、Pは圧力、Gは質量速度、Rは燃料集合体内の局所出力分布LPFを特徴づける因子を表わす。
設計では沸騰遷移を越えないように熱的制限条件として、限界クォリティ設計相関式の予測、燃料製造公差、計測器の不確かさなどを統計的に扱い、この変動を見込んでも、運転状態において沸騰遷移を起こさない確率が一定値(99.9%)以上確保される指標として、最小熱的限界出力比(SLMCPR)が定められており、制限値は1.07が用いられている。
DNBR=1.0は、燃料集合体の熱流束がDNBに到達する出力レベルである。DNBRの評価は燃料棒周りの仮想流路について行なわれるが、局所冷却材条件は解析コードにより計算される。PWR炉心は開水路であるため、局所冷却材条件の評価は次の示す3段階で行なわれる。すなわち、(1)燃料集合体単位の解析、(2)高温集合体での1/4集合体単位の解析、(3)高温集合体の1/4サイズの解析、の3段階である。
ここで、係数A,Bは次に示すパラメータの関数である。
B=B(P,G,L)
ただし、DHは水力等価直径、Drodは燃料棒外径、gspは燃料スペーサ間隔、dgはCHF発生位置と直近の上流側燃料スペーサまでの距離、ptは燃料棒ピッチを表わしている。
また、本発明に係る熱的限界出力相関式作成方法は、多数の燃料棒が流路内に規則的に配列された燃料集合体の熱的限界出力の相関式を作成する方法であって、横断面が、少なくとも2行2列の配列の燃料棒を含み前記燃料集合体のうちの横断面の一部を切り出した形状の部分燃料集合体の実験の結果に基づいて、熱的限界出力の相関式を求める小規模実験評価ステップと、前記小規模実験評価ステップで得られた熱的限界出力の相関式に基づいて、実形状の前記燃料集合体について解析的に熱的限界出力の相関式を求める大規模解析評価ステップと、を有し、前記大規模解析評価ステップは、前記燃料集合体の流路方向に垂直な断面内の解析単位を、互いに隣接する2本の燃料棒同士の間の最小クリアランス部を境界とするサブチャンネル流路とすること、を特徴とする。
また、本発明に係る熱的限界出力相関式作成方法は、多数の燃料棒が正方格子状に配列されこれらの燃料棒を囲む正方形断面のチャンネルボックスを有する燃料集合体の熱的限界出力の相関式を作成する方法であって、横断面が、少なくとも1本の燃料棒を含み前記燃料集合体のうちの横断面の一部を切り出した形状の部分燃料集合体の実験の結果に基づいて、熱的限界出力の相関式を求める小規模実験評価ステップと、前記小規模実験評価ステップで得られた熱的限界出力の相関式に基づいて、実形状の前記燃料集合体について解析的に熱的限界出力の相関式を求める大規模解析評価ステップと、を有し、前記実験で用いる前記部分燃料集合体は、前記実形状の燃料集合体の一つの角部を含み、縦横各長さが前記実形状の燃料集合体の1/2相当の正方格子状の配列の燃料棒と、これらの燃料棒を囲む正方形断面のチャンネルボックスと、を有する、ことを特徴とする。
また、本発明に係る熱的限界出力相関式作成方法は、正六角形格子状に配列された燃料棒とこれらの燃料棒を囲む正六角形断面のチャンネルボックスを有する燃料集合体の熱的限界出力の相関式を作成する方法であって、横断面が、少なくとも1本の燃料棒を含み前記燃料集合体のうちの横断面の一部を切り出した形状の部分燃料集合体の実験の結果に基づいて、熱的限界出力の相関式を求める小規模実験評価ステップと、前記小規模実験評価ステップで得られた熱的限界出力の相関式に基づいて、実形状の前記燃料集合体について解析的に熱的限界出力の相関式を求める大規模解析評価ステップと、を有し、前記実験で用いる前記部分燃料集合体は、前記実形状の燃料集合体の一つの角部を含み、外周燃料棒から中央燃料棒までの流路が3層からなる19本またはそれ以上の配列の燃料棒と、これらの燃料棒を囲む正六角形断面のチャンネルボックスと、を有する、ことを特徴とする。
2・・・チャンネルボックス
3・・・燃料棒
4・・・水ロッド
Claims (11)
- 多数の燃料棒が流路内に規則的に配列された燃料集合体の熱的限界出力の相関式を作成する方法であって、
横断面が、少なくとも1本の燃料棒を含み前記燃料集合体のうちの横断面の一部を切り出した形状の部分燃料集合体の実験の結果に基づいて、熱的限界出力の相関式を求める小規模実験評価ステップと、
前記小規模実験評価ステップで得られた熱的限界出力の相関式に基づいて、実形状の前記燃料集合体について解析的に熱的限界出力の相関式を求める大規模解析評価ステップと、
を有し、
前記熱的限界出力の相関式の関数形および係数は、前記部分燃料集合体の熱的限界出力実験データに基づいて最適化した関数形および係数であり、
前記大規模解析評価ステップは、前記燃料集合体の流路方向およびその流路方向に垂直な断面の方向に分割した一定サイズの解析単位における流動を数値的に解くことによって行なう手法を用い、解析モデルに、前記燃料集合体の型式に固有の実験定数を導入し、前記部分燃料集合体の実験結果を再現するように前記実験定数を定め、熱的限界出力の相関式を求めるにあたり前記実験定数を用いること、
を特徴とする熱的限界出力相関式作成方法。 - 前記部分燃料集合体は、少なくとも2行2列の配列の燃料棒を含むこと、を特徴とする請求項1に記載の熱的限界出力相関式作成方法。
- 多数の燃料棒が流路内に規則的に配列された燃料集合体の熱的限界出力の相関式を作成する方法であって、
横断面が、少なくとも2行2列の配列の燃料棒を含み前記燃料集合体のうちの横断面の一部を切り出した形状の部分燃料集合体の実験の結果に基づいて、熱的限界出力の相関式を求める小規模実験評価ステップと、
前記小規模実験評価ステップで得られた熱的限界出力の相関式に基づいて、実形状の前記燃料集合体について解析的に熱的限界出力の相関式を求める大規模解析評価ステップと、
を有し、
前記大規模解析評価ステップは、前記燃料集合体の流路方向に垂直な断面内の解析単位を、互いに隣接する2本の燃料棒同士の間の最小クリアランス部を境界とするサブチャンネル流路とすること、
を特徴とする熱的限界出力相関式作成方法。 - 前記大規模解析評価ステップで、前記燃料集合体の流路方向に垂直な断面内の解析単位の一つに面する燃料棒が断面内出力分布の最大出力係数を持つ燃料棒である場合に、当該解析単位の流路に面する燃料棒が当該最大出力の燃料棒だけの詳細分割とすること、を特徴とする請求項3に記載の熱的限界出力相関式作成方法。
- 前記大規模解析評価ステップで、前記解析単位について、気相と液相の質量、エネルギーおよび運動量に対する保存式を数値的に解くことによって冷却材の流れを求め、燃料棒表面の液膜のドライアウトの発生を予測することにより熱的限界出力を評価すること、を特徴とする請求項3または請求項4に記載の熱的限界出力相関式作成方法。
- 多数の燃料棒が正方格子状に配列されこれらの燃料棒を囲む正方形断面のチャンネルボックスを有する燃料集合体の熱的限界出力の相関式を作成する方法であって、
横断面が、少なくとも1本の燃料棒を含み前記燃料集合体のうちの横断面の一部を切り出した形状の部分燃料集合体の実験の結果に基づいて、熱的限界出力の相関式を求める小規模実験評価ステップと、
前記小規模実験評価ステップで得られた熱的限界出力の相関式に基づいて、実形状の前記燃料集合体について解析的に熱的限界出力の相関式を求める大規模解析評価ステップと、
を有し、
前記実験で用いる前記部分燃料集合体は、前記実形状の燃料集合体の一つの角部を含み、縦横各長さが前記実形状の燃料集合体の1/2相当の正方格子状の配列の燃料棒と、これらの燃料棒を囲む正方形断面のチャンネルボックスと、を有する、
ことを特徴とする熱的限界出力相関式作成方法。 - 正六角形格子状に配列された燃料棒とこれらの燃料棒を囲む正六角形断面のチャンネルボックスを有する燃料集合体の熱的限界出力の相関式を作成する方法であって、
横断面が、少なくとも1本の燃料棒を含み前記燃料集合体のうちの横断面の一部を切り出した形状の部分燃料集合体の実験の結果に基づいて、熱的限界出力の相関式を求める小規模実験評価ステップと、
前記小規模実験評価ステップで得られた熱的限界出力の相関式に基づいて、実形状の前記燃料集合体について解析的に熱的限界出力の相関式を求める大規模解析評価ステップと、
を有し、
前記実験で用いる前記部分燃料集合体は、前記実形状の燃料集合体の一つの角部を含み、外周燃料棒から中央燃料棒までの流路が3層からなる19本またはそれ以上の配列の燃料棒と、これらの燃料棒を囲む正六角形断面のチャンネルボックスと、を有する、
ことを特徴とする熱的限界出力相関式作成方法。 - 前記熱的限界出力の相関式の関数形および係数は、前記部分燃料集合体の熱的限界出力実験データに基づいて最適化した関数形および係数であることを特徴とする請求項3ないし請求項7のいずれか一項に記載の熱的限界出力相関式作成方法。
- 前記大規模解析評価ステップで、
前記燃料集合体の流路方向およびその流路方向に垂直な断面の方向に分割した一定サイズの解析単位における流動を数値的に解くことによって行なう手法を用い、
解析モデルに、前記燃料集合体の型式に固有の実験定数を導入し、前記部分燃料集合体の実験結果を再現するように前記実験定数を定め、
熱的限界出力の相関式を求めるにあたり前記実験定数を用いること、
を特徴とする請求項8に記載の熱的限界出力相関式作成方法。 - 前記大規模解析評価ステップで求められる前記実形状燃料集合体の熱的限界出力の相関式は燃料棒位置に依存するパラメータを含むこと、を特徴とする請求項1または請求項3ないし請求項9のいずれか一項に記載の熱的限界出力相関式作成方法。
- 多数の燃料棒を規則的に配列した燃料集合体を設計する設計方法であって、
横断面が、少なくとも1本の燃料棒を含み前記燃料集合体のうちの横断面の一部を切り出した形状の部分燃料集合体の実験の結果に基づいて、その関数形および係数は、前記部分燃料集合体の熱的限界出力実験データに基づいて最適化した関数形および係数である熱的限界出力の相関式を求める小規模実験評価ステップと、
前記小規模実験評価ステップで得られた熱的限界出力の相関式に基づいて、前記燃料集合体の流路方向およびその流路方向に垂直な断面の方向に分割した一定サイズの解析単位における流動を数値的に解くことによって行なう手法を用い、実形状の前記燃料集合体について解析的に熱的限界出力の相関式を求める大規模解析評価ステップと、
前記大規模解析評価ステップによって求められた熱的限界出力の相関式を用いて燃料集合体の熱的限界出力を評価するステップと、
を有し、
解析モデルに、前記燃料集合体の型式に固有の実験定数を導入し、前記部分燃料集合体の実験結果を再現するように前記実験定数を定め、
熱的限界出力の相関式を求めるにあたり前記実験定数を用いること、
を特徴とする燃料集合体設計方法。
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