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高塚 大地*; 守田 幸路*; Liu, W.*; Zhang, T.*; 中村 武志*; 神山 健司
Proceedings of 12th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS12) (Internet), 10 Pages, 2022/10
A 3D particle-based simulation code was developed to analyze jet impingement behavior, and the physical models for thermal-hydraulic interactions between molten jets and solid plates used in the code was validated by simulating existing jet impingement experiments. In addition, particle-based simulations were conducted to understand the impingement characteristics of molten MOX fuel jets on SS plates, and the erosion rate of the SS plate was evaluated. The results showed that fuel crusts formed on the plate potentially provide thermal protection and confirmed the effect of the plate erosion rate on the jet diameter under conditions where crust formation is dominant.
加藤 正嗣*; 船越 寛司*; Liu, X.*; 松元 達也*; Liu, W.*; 守田 幸路*; 神山 健司
Proceedings of 11th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-11) (Internet), 7 Pages, 2018/11
Computational fluid dynamics based on particle-based simulations with a fully Lagrangian approach is a powerful tool to understand thermal-hydraulic behaviors of multi-component, multi-phase flows involved in disrupted nuclear core during severe accidents. In this study, a validation study of 3D particle-based simulation using the finite volume particle method was performed for mixing flow behavior of two liquid phases with different densities in a pool. Fundamental experiments using water and silicon oil were also carried out for the present validation. An enhanced multi-phase scheme was introduced to provide accurate and stable calculations of multi-phase flows characterized by high density ratios. The simulation results of the experiments were given to demonstrate validity of the present simulation method and enhanced performance for simulations of mixing and separation behaviors of liquid-liquid two-phase flows in the pool.
土屋 文*; 勅使河原 誠; 永田 晋二*; 小無 健司*; 安田 良; 西野 泰治; 中川 哲也*; 山脇 道夫*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 190(1-4), p.699 - 703, 2002/05
被引用回数：10 パーセンタイル：54.8(Instruments & Instrumentation)反跳粒子検出(ERD)法及び中性子ラジオグラフィー(NRG)法により、チタン水素化物(TiHx: x=1.65~1.96)の水素濃度を測定した。ERD法ではTiHx表面(約0.3mm),NRG法ではTiHxバルクの水素濃度を
x=
0.05程度の精度で測定可能であり、各水素分析手法の有効性を確認した。
高瀬 和之; 小瀬 裕男*; 藤井 貞夫*; 渡部 勝博*
日本応用数理学会2002年度年会講演論文集(インターネット), 7 Pages, 2002/00
核融合炉や超高温ガス炉のような高温環境中に冷却水が侵入した場合、水の蒸発に伴って発生する蒸気と壁構成材である黒鉛とが化学的に反応し、水素等の可燃性ガスの生成が考えられる。したがって、原子炉の安全設計の観点から、発生する可燃性ガスの定量評価が重要であるが、原子炉を模擬した高温環境下で化学反応挙動を実験的に調べることは簡単ではない。そこで、冷却水侵入によって想定される蒸気と炭素系材料間の化学反応挙動を数値的に予測する解析手法について検討した。気相,液相,固相を統一的に解く3次補間擬似粒子法を用いて、固気界面での化学反応について解析し、高温雰囲気中に一定流速で侵入する蒸気と黒鉛とが反応して水素,メタン等の可燃性ガスを発生するメカニズムの数値的解明に成功した。一連の解析から、化学反応に対して蒸気流速が重要なパラメータであることが明らかになり、蒸気と固体間の化学反応挙動を数値的に定量評価できる見通しを高くした。
白川 典幸*; 堀江 英樹*; 山本 雄一*; 松宮 壽人*
JNC TJ9440 2000-008, 47 Pages, 2000/03
JNC-TJ9440-2000-008.pdf:1.96MB
伝熱流動数値実験によって、化学反応を伴う伝熱流動が高速炉を構成する機器に及ぼす影響を評価するには、反応の発生箇所近傍だけでなく機器全体を解析対象とする必要がある。そのため、計算負荷の観点から微視的な解析手法を直接用いることができない。このため、使用する熱流動解析コードには、化学反応によって生じる多相・多成分の反応性流体の挙動をモデル化し、相関式として組み込まなければならない。反応性流体の化学反応の量は反応する相間の境界面積に依存し、この面積は界面の形状によって大きく変化する。しかし、ナトリウム-水反応のように化学反応を伴う系については、これに関する実験的知見もないのが現状である。そこで本件では、微視的解析手法である粒子法を用いて、多相・多成分・反応性流体の挙動を機構論的に解析し、流動様式や境界面積に関する知見を得ることを最終的な目的とする。本年度は、粒子法を用いて水・ナトリウム反応を扱うための第一段階として、液体ジェットが他の液体プールに噴出する際の流体力学的挙動への粒子法の適用性を検討することを目的とした。このため、文献調査によりジェット流動様式のメカニズムを検討するとともに、ここでの目的に合致する、「ガソリンプールに水を噴出させる実験」を選び、解析した。また、蒸気発生器内部の伝熱管水リーク事故では管群内のジェット流を解析する。このような複雑体系への本手法の適用性を検討するため、蒸気発生器安全性総合試験(SWAT/Run19試験)を例として化学反応を含まない流体力学のみの予備解析を実施した。その結果、伝熱管群を含む複雑体系においても、高速ジェット流とプール流体との相互作用を考慮した流動挙動への適用性が確認できた。さらに、今後扱うべき現象のモデリングについて検討し、相変化と化学反応経路を選定し定式化を行った。水の相変化は伝熱律速モデルに基づき、化学反応は水・水素転換率をパラメタとした一括反応モデルに基づいている。また、コード構成についても概念設計を行った。
not registered
JNC TN1400 99-016, 171 Pages, 1999/08
機構は、大学及び研究機関(以下「大学等」という。)との研究協力の推進を図るため、平成7年度から先行基礎工学研究協力制度を発足させた。同制度は、平成10年度で4年目を迎え、研究協力テーマが増加し、順調に推移している。同制度は、機構の施設及び設備を主に利用し、機構が取り組むプロジェクト研究に先行した基礎・基盤的研究を大学等との研究協力により推進することを目的とする。同制度は、機構が設定した研究協力テーマに対して、大学等からの研究協力課題及び研究協力者の応募をもとに、研究協力課題及び研究協力者を選考し、大学等との共同研究の実施、客員研究員あるいは研究生の受け入れ、もしくはこれらの組み合わせにより研究協力を実施している。本報告書は、平成10年度に実施した高速増殖炉関係及び環境技術関係の先行基礎工学分野に関する34件の研究協力課題の実施結果についてその概要をまとめたものである。なお、34件の研究協力課題のうち、高速増殖炉関係の9件及び環境技術関係の3件の合計12件については、平成10年度で終了した。
渡辺 正
伝熱, 38(149), p.8 - 13, 1999/03
本報告は、平成10年第37期秋季伝熱セミナーにおいて講演したものをまとめたものである。流体方程式を解くのではなく、粒子の運動を調べることにより熱流動現象を計算する手法の概要と結果を示す。まず直接シミュレーションモンテカルロ法により熱伝導対流遷移過程を計算し、対流開始点が流体方程式から得られる理論値と一致すること、遷移過程では流れ場のゆらぎの相関が強まることを明らかにする。また、3次元の系では対流パターンが実験で見られるような複雑な遷移を起こすことを示す。次に同様の計算を分子動力学法により行い、流動遷移により分子運動の乱雑さが増加することを示す。最後に格子ガス法により二相流の混合過程で計算し、二相界面積の変化が代表速度と相関づけられることを明らかにし、数値実験相関式の可能性を示す。
岡 芳明*; 越塚 誠一*
PNC TY9602 97-005, 66 Pages, 1997/03
液体金属冷却高速増殖炉では、液体金属ナトリウムをほぼ常圧下で冷却材として用いており、冷却系の機器内に自由液面を有している。また、冷却材の使用温度範囲が広いため、熱応力をなるべく低減するために構造物を薄肉にする必要がある。そのため、自由液面におけるスロッシングやこれと構造物との相互作用、あるいは流れに励起される流体-構造物連成振動などに関連した問題が生じやすい。しかしながら、これまでの数値解析法では、自由液面や構造物の大変形を扱えるものが無かった。マクロ粒子を用いて連続体の数値解析を行なうMPS法(Moving Particle Semi-implicit Method)では、連続体が大きく変形し、そのトポロジーまで変化してしまう場合でも適用することができる。これまでの研究で、非圧縮性流れの計算アルゴリズムの開発を行ない、自由液面での砕波を伴う流れの数値解析を行なった。本年度はこれを発展させ、流体-構造相互作用の計算法を開発し、薄肉の弾性壁によって構成されるタンク内のスロッシングの数値解析を行なうことを研究目標とした。まず、剛体壁で構成された2次元矩形タンクに周期的な外力を与えることによる有限振幅のスロッシングの計算を行ない、既存の実験データと比較した。水位が浅い場合の共鳴周波数は線型理論から導かれるものよりも大きくなるが、計算でもこれが再現され、得られた振幅は定量的にもよく一致した。水位が深い場合には線型理論とほぼ同じ共鳴周波数になり、計算でもこれが再現されたが、実験と比較して得られた振幅の定量的な一致はあまり良くなかった。弾性壁については、片持ち梁の自由振動の計算を行ない、固有周波数が理論解と一致することを確認した。これらの計算により、流体計算および構造計算の妥当性がそれぞれ検証された。次に、矩形タンクの左右の垂直壁を弾性壁としたスロッシングの計算を行った。弾性壁の振動によって高次のスロッシングモードが発生するなど、剛体壁の場合と異なる挙動が計算された。本研究により、MPS法に基づいた自由液面と構造物の大変形を伴う流体-構造相互作用数値解析法が開発された。
岡 芳明*; 越塚 誠一*; 岡野 靖*
PNC TY9602 96-001, 133 Pages, 1996/03
高温増殖炉の安全性や経済性を追求するためには、自由液面を有する熱流動問題や液体-構造連成問題などの複雑な事象を高精度で評価することが不可欠である。しかしながら、従来の計算格子を用いる解析手法では、解析領域自体が大きく変形する問題に対して限界がある。そこでここでは、流体の運動を粒子の動きによって解析する「粒子法」の基礎研究を、昨年度に引き続き実施した。今年度は、昨年度に開発した粒子法の計算手法に関して次2点の改良を行なった。第1点は粒子間相互作用モデルの基本となる重み関数の改良で、粒子間距離がゼロの場合に値が無限大になるような関数に変更した。第2点は非圧縮条件の計算法で、粒子数密度の偏差をソース項とする圧力のポアソン方程式を導き、これをICCG法で解くように改良した。これらの改良によって、昨年度と比較して数値安定性が格段に向上し、計算時間も大幅に短縮された。次に、この改良された粒子法(Moving Particle Semi-implicit Method, MPS法)を斜面上で生じる砕波の解析に適用した。斜面に入射された波は、水深が浅くなるに従い波形が急峻になり、やがて砕波する。この時、流体は著しく変形するだけでなく分裂や合体にまで至るので、従来の格子を用いる解析手法では砕波を解析することができなかった。粒子法ではこうした場合でも安定に計算することができ、砕波を再現することができた。また、実験では砕波パラメータにより砕波形式が分類されているが、これについても実験と良く一致した計算結果が得られた。本計算では、境界の壁面を振動させることで波を発生させているが、この振動を非線形波であるクノイド波の解析解に従い、高さ方向で異なる振幅を与えた。これによって、助走区間が短くても解析解に従った入射波を発生することができ、計算量を低減することができた。さらに、浮体を加えた解析も行ない、波の力によって浮体が移動する様子を解析した。このように粒子法では、構造物を変形させながら動かしたり、あるいは流体からの力によって構造物が移動するようなことも容易に解析できることが示された。
-Particle Method山口 誠哉; 大山 幸夫; 前川 洋
JAERI-M 84-109, 33 Pages, 1984/06
FNS(核融合炉物理用中性子源)における実験では、
T(d,n)
He反応によって生じる中性子の絶対発生量は、非等方性を考慮に入れた随伴の粒子法により決定されている。厚いターゲットに対して、非等方性補正因子の計算を行い、誤差について議論した。ここでは、以下の項目について調べた。(1)T:-Tターゲット中での重陽子のエネルギー損失、(2)相対論的運動学、(3)ターゲット中でのトリチウム分布の非一様性。この計算により、非等方性補正因子は+-約1.5%の不確定性を持っており、それは主として重陽子ビームの衝撃によって生じるトリチウム分布の変化によるということがわかった。
時岡 大海*; 森田 亮大*; 中村 吏一郎*; 守田 幸路*; 神山 健司; 鈴木 徹
no journal, ,
EAGLE ID1試験における燃料ピン束の崩壊から溶融混合プール形成までの一連の挙動について粒子法を用いた数値シミュレーションを実施し、構造壁の破損要因と推定される高い熱流束を伴う溶融混合プールから構造壁への熱伝達挙動について明らかにした。
此村 守*; 神山 健司
no journal, ,
密度の大きな噴流が水プール中に放出された際の挙動を粒子法を用いて解析した。実現象では発現しない水中の空隙を抑制するには、わずかな加圧体系としておくことが有効であることが分かった。
小川 竜聖*; 山内 俊也*; 加藤 正嗣*; Liu, X.*; 松元 達也*; 守田 幸路*; 神山 健司; 鈴木 徹
no journal, ,
EAGLE ID1炉内試験を対象として予備的に実施した粒子法解析では、溶融プールから構造壁への熱伝達は溶融燃料と溶融ステンレス鋼の混合・分離挙動に大きく依存することが示唆されている。本研究では、密度差のある2つの模擬流体を用いた基礎的な実験を実施し、プール内での混合流動挙動に関する粒子法の妥当性検証を試みた。
此村 守*; 神山 健司
no journal, ,
密度の大きな噴流が水プール中に放出された際の挙動を粒子法を用いて解析した。実現象では発現しない水中の空隙発生を抑制するには、自由表面判定条件を解除して圧力計算を行うことが実用的であることが分かった。
加藤 正嗣*; 小川 竜聖*; 船越 寛司*; Liu, X.*; 松元 達也*; Liu, W.*; 守田 幸路*; 神山 健司
no journal, ,
密度の異なる2液相の混合・分離挙動解析に対する有限体積粒子法の適用性を向上するため、不規則な粒子配置によって生じる計算誤差を仮想粒子によって低減する計算手法を導入するとともに、模擬物質を用いた基礎実験と比較することで、3次元解析の妥当性について検証した。
此村 守*; 神山 健司
no journal, ,
水プール中での高比重溶融物の噴流挙動を粒子法を用いて解析した。噴流の先端形状が試験結果と異なることから、粒子法での改良計算手法を提案する。
守田 幸路*; 小川 竜聖*; Liu, X.*; Liu, W.*; 神山 健司
no journal, ,
EAGLE ID1試験における燃料ピン束の崩壊から溶融燃料プール形成よる構造壁の熱伝達までの一連の挙動に関する粒子法シミュレーションの結果に基づき、構造壁の破損要因と推定される構造壁への高熱流束を生じさせる物理的なメカニズムについて検討した。
船越 寛司*; 加藤 正嗣*; Liu, X.*; Liu, W.*; 守田 幸路*; 神山 健司
no journal, ,
高速炉の炉心損傷事故における再臨界回避方策として内部ダクト付き燃料集合体(FAIDUS)が提案されている。本研究では、FAIDUSの早期燃料排出機能を実証するため、3次元粒子法シミュレーションにより、燃料ピン束の崩壊による溶融燃料/スティールの混合プール形成挙動および溶融プールからダクト構造壁への熱伝達に関する一連の多成分多相流の熱流動現象について解析的検討を行った。
坂口 和也*; 船越 寛司*; 加藤 正嗣*; Liu, X.*; Liu, W.*; 守田 幸路*; 神山 健司
no journal, ,
高速炉の炉心損傷事故における再臨界回避方策として内部ダクト付き燃料集合体(FAIDUS)が提案されている。本研究では、FAIDUSの早期燃料排出機能を実証するために実施されたEAGLE ID1炉内試験を対象に3次元粒子法シミュレーョンを行い、燃料ピン束の崩壊による溶融燃料/スティールの混合プール形成後の溶融プールからダクト壁への熱伝達機構を明らかにするための解析的検討を行った。
中村 武志*; 坂口 和也*; 船越 寛司*; Liu, W.*; 守田 幸路*; 神山 健司
no journal, ,
高速炉の炉心膨張過程において、気液界面で発生する液体のエントレインメント挙動は、気泡成長と運動挙動に影響を与える。本研究では、Corradiniが提案したエントレインメントモデルの妥当性を検証するとともに、同モデルを導入したSIMMER-IIIコードによる炉心膨張模擬試験の解析を行い、その適用性を検討した。
