本節では、燃料温度計算ファイルによる計算手順を説明する。
(1)単一サイクルで単一燃焼日数を計算する場合
① コアバーンコンバータ出力ファイル(Corebn_Postscriptor_csv_to_excel により、1つのファイル にまとめたもの)及びサイクル別・燃焼日数毎に燃料温度計算ファイルを用意し、指定の場所 に保存する(3.1節(1)参照)。
② これまでの説明に基づき、必要なデータを「燃料温度計算ファイル」の各シートに入力する。
③「燃料出力密度シート」の“Model Information/計算種類”、“Input”及び“Calculation
Information/ギャップ計算方法、非均質効果・発熱割合、黒鉛熱伝導率”の設定を行う。
④「燃料出力密度シート」の“Calculation Information”【Calculate】ボタンをクリックすることで、
計算が開始される。
⑤ 計算が終了すると、“Calculation Information/計算時間”に計算に要した時間が表示され、「燃 料棒温度分布シート」等に計算結果が表示される。
⑥ サイクル別・燃焼日数毎に、②~⑤の操作を繰り返す。
⑦ サイクル別・燃焼日数毎に計算した結果を集計する場合は、「燃料温度計算結果集計ファイ ル」の“Input Directly”、“Output File”及び“Output File Config”を選択・設定し、【集計】
ボタンをクリックすることで、指定した“Output File”に“Input Directly”に保存された計算結 果ファイルを集計したシートが作成・保存される。
(2)複数サイクル・複数燃焼日数を自動で連続的に計算する場合
複数サイクル・複数燃焼日数を計算する場合には、「燃料温度連続計算ファイル」を用いて複数サ イクル・複数燃焼日数を自動で連続的に計算できるこちらの手順が、実用上便利である。
① コアバーンコンバータ出力ファイル(Corebn_Postscriptor_csv_to_excel により、1つのファイル にまとめたもの)及び燃料温度計算ファイル(必要なデータが入力されているもの)を用意し、
指定の場所に保存する(3.1節(1)参照)。
② これまでの説明に基づき、必要なデータを「燃料温度計算ファイル」の各シートに入力する。
③「燃料温度連続計算ファイル」の“Input File”、“Output Folder”、“Calculation Config/計算種 類、原子炉、燃料、ギャップ計算方法、非均質効果・発熱割合、黒鉛熱伝導率、出力密度及び 照射量”の設定を行う。
④「燃料温度連続計算ファイル」の【Calculate】ボタンをクリックすることで、計算が開始される。
⑤ 計算が終了すると、指定した“Output Folder”に計算結果ファイルが、サイクル別・燃焼日数毎 に作成・保存されると共に、これら複数の計算結果ファイルを集計したファイルも作成・保存 される(「燃料温度計算結果集計ファイル」は、自動的に実行される。)。
Fig. 3.1に、複数サイクル・複数燃焼日数を自動で連続的に計算する場合の計算の流れを示す。
Table3.1「燃料出力密度シート」の構成(シートの1部を抜粋) F-1F-2F-3aF-3bF-4←グラフ用 F-1F-2F-3aF-3bF-4上端下端分割幅中心位置F-1F-2F-3aF-3bF-4F-1F-2F-3aF-3bF-4 10.01870.01920.01820.01820.0183346.0344.21.8345.1146.37665.03796.42535.01436.74054.0717E+193.7898E+193.8336E+192.6704E+192.7977E+19 20.01870.01920.01820.01820.0183344.2339.25.0341.7156.32675.23096.36195.23686.47024.9525E+194.6018E+194.6748E+193.2748E+193.4848E+19 30.01870.01920.01820.01820.0183339.2334.25.0336.7166.59645.67796.66275.74666.54115.9351E+195.5154E+195.5984E+193.9346E+194.1589E+19 40.01870.01920.01820.01820.0183334.2329.25.0331.7176.99766.16107.10006.29566.80046.7263E+196.2611E+196.3385E+194.4723E+194.6576E+19 50.01870.01920.01820.01820.0183329.2324.25.0326.7187.44286.63577.57686.83507.13807.3819E+196.8860E+196.9537E+194.9266E+195.0545E+19 60.01870.01920.01820.01820.0183324.2319.25.0321.7197.88757.08248.04857.34497.50117.9276E+197.4099E+197.4700E+195.3141E+195.3830E+19 70.01870.01920.01820.01820.0183319.2314.25.0316.7208.30687.49068.49207.81667.86198.3719E+197.8389E+197.8956E+195.6404E+195.6554E+19 80.01870.01920.01820.01820.0183314.2309.25.0311.7218.68637.85528.89548.24748.20678.7121E+198.1704E+198.2282E+195.9035E+195.8712E+19 90.01870.01920.01820.01820.0183309.2304.25.0306.7229.01958.17599.25488.64058.53298.9362E+198.3931E+198.4559E+196.0936E+196.0198E+19 100.01870.01920.01820.01820.0183304.2299.25.0301.7239.30608.45769.57399.00788.85049.0226E+198.4885E+198.5568E+196.1934E+196.0789E+19 110.01870.01920.01820.01820.0183299.2294.25.0296.7249.55688.71799.87169.38249.19108.9346E+198.4239E+198.4916E+196.1652E+196.0064E+19 120.01870.01920.01820.01820.0183294.2291.42.8292.8259.76078.949610.14319.76219.54778.6728E+198.1972E+198.2465E+195.9752E+195.7791E+19
1段 番号分割 番号カラム最大出力密度(W/cm3)照射量(n/cm2)メッシュ 番号
熱出力 50MW、燃焼期間30日 流路当りの流量(kg/s)燃料体(cm)メッシュ位置(cm) Model Information 計算種類HTR50S HTTR 燃料 原子炉HTR50S初期 燃料HTTR 燃料 熱出力50MW カラム数5 Layer(段数)6 Region(分割数)12 Import Information サイクルCycle1F-3b$P$6:$P$77 燃焼期間30日 最高温度カラムF-3b 最高温度分割番号2-12 最高温度1462 Calculation Information ギャプ計算方法等価熱伝達率(標準) 非均質効果・発熱割合有り(標準) 黒鉛熱伝導率補正有り(標準) 計算時間6分4秒
↓グラフ用 Calculate
Input : %AppPath%\Input\HTR50S初期_case01j40xr2r2.xlsGet Sheet cycle1_pow_max_30dImport
Table 3.2 「燃料棒温度分布シート」の構成(シートの1部を抜粋)
7 最高温度: 1462 2-12
F-3b F 出力密度列:P 照射量列: U
シートの設定(下線のセルは変更しないでください)
工学的安全係数 システマティックランダム
カ ラ ム 流路当りの流量列:
項 目
燃料体分割番号 1-1 1-2 1-3 1-4 1-5
分割燃料体高さ(cm) 1.8 5.0 5.0 5.0 5.0
分割燃料体下端位置(高さ、cm) 344.2 339.2 334.2 329.2 324.2
冷却材流路外径Do(m) 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041
冷却材流路内径Di(m) 0.034 0.034 0.034 0.034 0.034
黒鉛スリーブ外半径(cm) 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7
黒鉛スリーブ内半径(cm) 1.31250 1.31250 1.31250 1.31250 1.31250
燃料コンパクト外面-黒鉛スリーブ内面間初期ギャップ幅(cm) 0.0125 0.0125 0.0125 0.0125 0.0125
燃料コンパクト外半径(cm) 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3
燃料コンパクト内半径(cm) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
熱出力(W) 5.0E+07 5.0E+07 5.0E+07 5.0E+07 5.0E+07
炉心平均出力密度(W/cm3)(制御棒案内カラム含) 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5
炉心平均出力密度(W/cm3)(制御棒案内カラム除) 4.3 4.3 4.3 4.3 4.3
燃料体(分割)出力密度(W/cm3)(核計算の結果より) 5.0143 5.2368 5.7466 6.2956 6.8350 燃料体(分割)出力密度(W/cm3)(非均質効果×燃料コンパクト発熱割合) 5.0461 5.2700 5.7830 6.3355 6.8783 燃料体(分割)出力密度(W/cm3)(非均質効果×燃料領域発熱割合) 5.3117 5.5474 6.0874 6.6690 7.2403 燃料体(分割)発熱量(W)(燃料チャンネル当り)(非均質効果×燃料コンパクト発熱割合) 308.9 896.2 983.4 1077.4 1169.7 燃料体(分割)発熱量(W)(燃料チャンネル当り)(非均質効果×燃料領域発熱割合) 325.2 943.4 1035.2 1134.1 1231.3 燃料体(分割)線出力(W/cm)(非均質効果×燃料コンパクト発熱割合) 172 179 197 215 234 冷却材温度差上昇ランダム因子軸方向出力分布依存性補正係数 1 0.7865994 0.6241214 0.5326755 0.4726162
冷却材温度差上昇ランダム因子計算用 Work 1.0602578 1.053462 1.0489241 1.0466813 1.0453515
冷却材炉心入口温度(℃) 325 325 325 325 325
冷却材炉心出口温度(℃) 750 750 750 750 750
冷却材流量(kg/s) 22.4 22.4 22.4 22.4 22.4
燃料冷却材流路流量配分(炉心有効流量割合, FLOWNETの計算結果より) 0.87 0.87 0.87 0.87 0.87
燃料冷却材流路(チャンネル)数 990 990 990 990 990
燃料冷却材流路(チャンネル)当りの流量(kg/s)(FLOWNETの計算結果より) 0.0182 0.0182 0.0182 0.0182 0.0182
燃料体(分割)入口冷却材温度(℃) 345 348 358 369 381
燃料体(分割)出口冷却材温度Tcool(℃)(非均質効果×燃料領域発熱割合) 348 358 369 381 394 燃料体(分割)出口冷却材温度Tcool(K)(非均質効果×燃料領域発熱割合) 622 632 642 654 667
システマティックランダム燃料体出口冷却材温度Tcool(℃) 349 360 372 385 400
冷却材バルク温度Tcool,b(℃) 347 353 364 375 388
冷却材バルク温度Tcool,b(K) 620 627 637 648 661
冷却材圧力(MPa) 4 4 4 4 4
冷却材密度(kg/m3) 3.1 3.0 3.0 2.9 2.9
冷却材定圧比熱(kJ/(kg・K)) 5.192 5.192 5.192 5.192 5.192
冷却材熱伝導率(W/(m・K)) 0.259 0.262 0.266 0.269 0.273
冷却材粘性係数(Pa・s) 3.230E-05 3.265E-05 3.303E-05 3.345E-05 3.390E-05 冷却材Pr数 6.463E-01 6.459E-01 6.455E-01 6.451E-01 6.447E-01
冷却材流速(m/s) 14.4 14.6 14.9 15.1 15.4
冷却材Re数 9.584E+03 9.481E+03 9.372E+03 9.255E+03 9.133E+03 圧力損失⊿P(Pa) 1.56E+03 1.69E+03 1.84E+03 1.98E+03 2.13E+03
黒鉛ブロック冷却孔表面温度Tbs(K) 624 635 648 662 678
黒鉛スリーブ外面-黒鉛ブロック冷却孔表面間放射伝熱量Qr(W) 20.5221 63 76 92 110
黒鉛スリーブ外面-冷却材間自然対流伝熱量Qc(W) 305 880 959 1042 1122
Qt-(Qr+Qc) (W) 0 0 0 0 0
黒鉛ブロック冷却孔表面-冷却材間Nu数 26.46 26.21 25.92 25.61 25.28
黒鉛ブロック冷却孔表面-冷却材間熱伝達率(W/(cm2・K)) 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10
黒鉛ブロック冷却孔表面温度Tbs(℃) 351 362 375 389 405
システマティックランダム黒鉛ブロック冷却孔表面温度Tbs(℃) 352 364 378 394 412
黒鉛スリーブ外面温度Tso仮定値(K) 808 826 858 892 927
黒鉛スリーブ外面温度Tso仮定値差(計算用 Work) 0 0 (0) (0) (0)
黒鉛スリーブ外面温度Tso仮定値(℃) 535 553 585 619 654
黒鉛スリーブ外面-冷却材間Nu数 23.3 23.0 22.5 22.1 21.6
黒鉛スリーブ外面-冷却材間熱伝達率(W/(cm2・K)) 0.09 0.09 0.09 0.08 0.08
黒鉛スリーブ外面温度Tso(℃) 532 550 579 611 643
システマティックランダム黒鉛スリーブ外面温度Tso(℃) 562 581 615 652 688
黒鉛(IG-110)熱伝導率(W/(cm・K)) 0.70 0.69 0.67 0.65 0.63
Ku(T) 1.52 1.51 1.49 1.47 1.45
Kb'(T) 34.41 34.61 34.93 35.21 35.45
Kd'(T) 3.86 3.87 3.89 3.90 3.91
Ki(RT) 0.273096 0.269633 0.268012 0.268000 0.268639
照射を考慮した黒鉛(IG-110)熱伝導率(W/(cm・K)) 0.5265 0.5144 0.4992 0.4856 0.4733
黒鉛スリーブ内面温度Tsi(℃) 546 564 596 630 664
システマティックランダム黒鉛スリーブ内面温度Tsi(℃) 577 597 633 672 711
照射量(×1020 n/cm2)(核計算の結果より) 0.2670 0.3275 0.3935 0.4472 0.4927
ギャップ幅(cm) 0.01623 0.01635 0.01647 0.01658 0.01666
ギャップヘリウムガス平均温度(K) 868.4 888.4 923.6 961.3 998.9
ギャップヘリウムガス密度(kg/m3) 2.2 2.2 2.1 2.0 1.9
ギャップヘリウムガス熱伝導率(W/(m・K)) 0.328 0.333 0.342 0.351 0.360 ギャップヘリウムガス熱伝導率(W/(cm・K)) 0.00328 0.00333 0.00342 0.00351 0.00360 ギャップ等価熱伝達率(燃料コンパクト外面温度Tfo計算用) 0.2121 0.2144 0.2195 0.2252 0.2310 ギャップ等価熱伝達率(W/cm^2・K) 0.2121 0.2144 0.2195 0.2252 0.2310 ギャップ等価熱伝達率差(計算用 Work) (0.0000) (0.0000) (0.0000) (0.0000) (0.0000)
燃料コンパクト外面温度Tfo(℃) 644.7 666.4 705.3 746.7 787.7
システマティックランダム燃料コンパクト外面温度Tfo(℃) 741 767 815 866 916
燃料コンパクト熱伝導率(W/(cm・K)) 0.1256 0.1256 0.1256 0.1256 0.1256
燃料コンパクト内面温度Tfi(℃) 717 742 789 838 887
ノミナル燃料最高温度Tfi(℃) 717 742 789 838 887
システマティックランダム燃料最高温度Tf,max(℃) 822 852 908 968 1027
燃料コンパクト 内面温度Tfi 燃料最高 温度Tf,max 黒鉛スリーブ 熱伝導率 情報
黒鉛スリーブ 内面温度Tsi
ギャップ 情報 ギャップ内 Heガス物性値
情報 ギャップ 熱伝達率
算出用 繰り返し計算 燃料コンパクト 外面温度Tfo メッシュ
情報
燃料棒 形状 情報
黒鉛スリーブ 外面温度Tso
軸方向出力 分布依存性 冷却材炉心 出入口温度 冷却材 流量配分
情報
冷却材温度 Tcool
冷却材 物性値 情報
冷却材 流動 情報 Tbs 算出用 繰り返し計算
Tbs計算用 熱伝達率 黒鉛ブロック冷却 孔表面温度Tbs Tso仮定値
算出用 繰り返し計算
Tso計算用 熱伝達率 原子炉 熱出力・発熱
情報
Table 3.3 炉心の主冷却材流路における圧力損失算出に必要な値及び係数 項 目 等価直径D
(m)
長さL
(m)
形状圧損係数K 摩擦圧損係数λ 燃料カラム
上部遮へい体 0.023 0.27 1.9 0.316Re0.25 上部可動反射体上段 0.023 0.58 0 0.316Re0.25 上部可動反射体下段 0.023 0.58 0.8 0.316Re0.25 燃料体(冷却孔) 外径:0.041
内径:0.034 0.58 0.1 0.407Re0.25
下部可動反射体上段 0.023 0.58 1.7 0.316Re0.25 下部可動反射体下段 0.054 0.482 1.1 0.316Re0.25 制御棒案内カラム
上部反射体上段~
燃料体3段目 0.123 0.58 0 0.316Re0.25 燃料体4段目~
下部可動反射体上段 0.140 0.58 0 0.316Re0.25 下部可動反射体下段 0.0095 0.44 0.44 0.316Re0.25 高温プレナムブロック上段 0.080 0.35 0.7 0.316Re0.25 高温プレナムブロック下段 0.350 0.55 5 0.316Re0.25
Table3.4「軸方向燃料温度分布シート」の構成(シートの1部を抜粋) 1-1 安全係数システマティックランダム 燃料コンパクト内外表面温度分布(システマティックランダム値) 燃料体分割番号1-11-21-31-41-51-61-71-81-91-101-111-12 分割燃料体高さ(cm)1.85.05.05.05.05.05.05.05.05.05.02.8 分割燃料体下端位置(高さ、cm)344.2339.2334.2329.2324.2319.2314.2309.2304.2299.2294.2291.4 燃料外面温度(℃)8428498819219651008104910871122115311811200 燃料内面温度(℃)1411945952987103510851136118412281268130313351358 燃料外面温度(℃)73776180485089593797710131047107711051126 燃料内面温度(℃)132581984689694910021052109811401179121412461271 燃料外面温度(℃)8498568909349801026106911091145117812101233 燃料内面温度(℃)1442953959998104911031156120612531295133313691397 燃料外面温度(℃)741767815866916964100910501089112611621193 燃料内面温度(℃)1462○82285290896810271083113511841229127113141351 燃料外面温度(℃)870861877907943980101610521086111911531182 燃料内面温度(℃)1418979966983101710581101114411851224126213021337
2-12
カラム燃料温度MAX値 - - 2-12 Cycle130日
F-1
燃焼期間 F-3b
F-2 2-12
F-3a2-12 F-42-12
サイクル Table3.5「シャッフリングデータシート」の構成 Layercycle1 10 20 30 40 50 60
Shuffling Data
Table 3.6 「ピーキング係数シート」の構成(シートの1部を抜粋)
Cycle Day Column P1 P2
cycle1 0 F-1 1.039 1.137
cycle1 0 F-2 0.946 1.126
cycle1 0 F-3a 1.016 1.142
cycle1 0 F-3b 1.009 1.168
cycle1 0 F-4 1.009 1.152
cycle1 1 F-1 1.031 1.143
cycle1 1 F-2 0.941 1.141
cycle1 1 F-3a 1.020 1.157
cycle1 1 F-3b 1.016 1.175
cycle1 1 F-4 1.004 1.147
Peaking factor of each column
Table 3.7 「燃料棒温度分布集計-ノミナルシート」の構成(シートの1部を抜粋)
分割開始番号1-1
安全係数 ノミナル
燃料棒温度分布(ノミナル値)
燃料体分割番号 1-1 1-2 1-3 1-4 1-5
分割燃料体高さ(cm) 1.8 5.0 5.0 5.0 5.0
分割燃料体下端位置(高さ、cm) 344.2 339.2 334.2 329.2 324.2
燃料体(分割)発熱量(W)(燃料チャンネル当り)(非均質効果×燃料領域発熱割合) 413.5 1139.7 1188.3 1260.5 1340.7
燃料体(分割)入口冷却材温度(℃) 345 349 361 373 386
燃料体(分割)出口冷却材温度Tcool(℃)(非均質効果×燃料領域発熱割合) 349 361 373 386 400
黒鉛ブロック冷却孔表面温度Tbs(℃) 355 367 381 396 413
黒鉛スリーブ外面温度Tso(℃) 584 592 612 639 667
黒鉛スリーブ内面温度Tsi(℃) 602 610 632 660 690
燃料コンパクト外面温度Tfo(℃) 723 730 756 790 825
燃料コンパクト内面温度Tfi(℃) 815 822 852 891 933
カラム
Cycle1 30日 F-1 サイクル 燃焼期間
Table 3.8 「原子炉型式別情報シート」の構成(シートの1部を抜粋)
(W)
HTR50S H TR50 S HTTR 燃料 HTR50S初期 HTTR 燃料 50,000,000 0.99 0.235
名 称 種 類 原子炉 燃料 熱出力
VCS 除熱量
割合 流量 再配分
係数
炉心入口温度 入口上昇温度 炉心出口温度 圧力 定圧比熱 内径Di 外径Do
(℃) (℃) (℃) (MPa) (kJ/(kg・K)) ( m ) ( m )
395 14 950 4 5.192 0.87 33 954 0.034 0.041
冷却材 全 流路数
冷却材流路径 冷却材
炉心有効 流量割合
1燃料体当たり 流路数
初期キャップ幅 外半径 内半径 外半径 燃料コンパクト 黒鉛ブロック
(cm) (cm) (cm) (cm) 外面 内面 外面 内面 1,000℃未満 1,000℃以上
0.0125 1.7 0.5 1.3 0.8 0.8 0.8 0.8 0.1256 0.1256
ふく射率 黒鉛スリーブ
燃料コンパクト 燃料コンパクト熱伝導率
(W/(cm・K))
黒鉛スリーブ