AbstractThis paper analyzes natural circulation flow in solid breeder blanket designs with poloidal channels under a LOFA condition. Analyses couple the flow transient behaviors with transient heat transport models. While two-phase natural circulation exists in the system, a homogenous mixture model is used. The results of example calculations performed for an ITER solid breeder design concept indicate that in a 3-loop system with an elevation head (ΔZ) of 20 m, the removal of the afterheat (energy stored in the blanket elements and decay heat) depends on two-phase natural circulation flow with a quasi-equilibrium flow quality of 26% at the outlet of the blanket segment. However, if the available hydrostatic head is about 15 m or less, the amount of natural circulation flow is reduced due to significant increases of friction and acceleration losses in a two-phase system. To rely on natural circulation flow as an afterheat removal mechanism, the design of coolant system with its flow channels should be addressed analytically and experimentally to permit stable steady-state operation under conditions of the presence of vapor in the coolant channels.
本論文は、固体増殖ブランケット設計におけるポロイダルチャネルを有する自然循環流動を、冷却材喪失事故条件下で解析したものである。解析では、流動過渡挙動と過渡熱伝達モデルを連成させている。系内に二相自然循環が存在する場合、均質混合物モデルが使用される。ITER固体増殖設計概念に対して実施した計算例の結果は、揚程（ΔZ）20 mの3ループシステムにおいて、崩壊熱（ブランケット要素に蓄積されたエネルギーと崩壊熱）の除去が、ブランケットセグメント出口における平衡流動クオリティ26%の二相自然循環流動に依存することを示している。しかしながら、利用可能な静水圧ヘッドが約15 m以下の場合、二相系における摩擦損失と加速損失の大幅な増加により、自然循環流量は減少する。自然循環流動を崩壊熱除去機構として依存するためには、冷却材チャネル内に蒸気が存在する条件下での安定した定常運転を可能にするよう、冷却材システムとその流路の設計を解析的かつ実験的に検討する必要がある。