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Thwe Thwe, A.; 門脇 敏; 永石 隆二
Journal of Nuclear Science and Technology, 60(6), p.731 - 742, 2023/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)本研究では、詳細な化学反応を考慮した非定常反応流れの数値計算を遂行し、固有不安定性による水素-空気希薄予混合火炎の不安定挙動を調べ、未燃ガス温度と圧力の影響を明らかにした。広い空間における火炎の不安定挙動をシミュレートし、セル状火炎の燃焼速度を求めた。そして、火炎不安定挙動に及ぼす熱損失および火炎スケールの効果を精査した。平面火炎の燃焼速度は、未燃ガスの温度が上昇すると増加し、未燃ガスの圧力と熱損失が上昇すると減少する。平面火炎の燃焼速度で標準化したセル状火炎の燃焼速度は、圧力(温度)の上昇と共に増大(減少)する。熱損失が存在する場合、標準化したセル状火炎の燃焼速度は、断熱の場合より大きくなる。これは、未燃ガスの高圧力と熱損失は、火炎の不安定挙動と不安定性をプロモートするからである。
勝身 俊之; Thwe Thwe, A.; 門脇 敏
Journal of Visualization, 25(5), p.1075 - 1083, 2022/10
被引用回数：1 パーセンタイル：20.8(Computer Science, Interdisciplinary Applications)希薄燃焼と不活性ガス添加は、水素予混合火炎の燃焼速度を制御するのに有用であり、固有不安定により希薄水素火炎の前面にセル状構造が形成されることはよく知られている。しかし、希薄水素予混合火炎の不安定現象に対する不活性ガス添加の影響は十分に理解されていないため、火炎の不安定性を実験的に調査する必要がある。実験では、不安定現象の特性を解明するために、フラットバーナー上の水素/酸素/不活性ガス(Ar, N
, CO)予混合火炎のセル状構造と変動を、直接観察,レーザー診断および発光強度を使用して取得した。その結果、不活性ガス添加量,当量比,総流量とセル状火炎の特性との相関関係が明らかになり、これらのパラメータが火炎の不安定性に及ぼす影響が議論された。
Thwe Thwe, A.; 寺田 敦彦; 日野 竜太郎; 永石 隆二; 門脇 敏
Journal of Nuclear Science and Technology, 59(5), p.573 - 579, 2022/05
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)高レベル放射性合水廃棄物容器内発生している水素の燃焼及び爆発の危険性について注意する必要がある。本研究では、密閉容器内での水素燃焼の特性を調査するためにオープンソースコードOpenFOAMを使用してシミュレーションを行い、初期火炎速度の影響による火炎面の挙動を調べた。初期の層流火炎速度が増加すると、火炎の半径,圧力,温度が増加し、流体力学的効果によりセル状火炎形状は堅牢になったことが分かった。コードの検証分析のために既存の水素-空気爆発実験から導出した火炎速度モデルをコードに実装し、火炎面に格子解像度の影響を明らかにした。格子サイズが小さくなると、火炎面のセル分離がより明確に形成され、火炎半径が大きくなった。シミュレーションによって得られた火炎半径とセル状火炎面は実験結果と合理的に一致した。
古山 大誠*; Thwe Thwe, A.; 勝身 俊之; 小林 秀昭*; 門脇 敏
日本機械学会論文集(インターネット), 87(898), p.21-00107_1 - 21-00107_12, 2021/06
断熱および非断熱条件下での水素-空気希薄予混合火炎の不安定挙動に及ぼす蒸気添加の影響を数値計算的に調査した。8つの活性種と希釈剤の17の可逆反応でモデル化された水素-酸素燃焼の詳細な化学反応メカニズムを採用し、圧縮性ナビエ・ストークス方程式に基づいて、2次元の非定常反応流が処理された。蒸気の追加と熱損失が増加すると共に平面火炎の伝播速度は減少した。水蒸気濃度の増加と共に、標準化したセル状火炎の燃焼速度は増大し、熱損失が存在する場合、標準化したセル状火炎の燃焼速度は、断熱の場合より大きくなった。水蒸気添加により、水素-空気希薄予混合火炎の不安定挙動はプロモートされる。これは、ガスの熱拡散率が減少し、拡散-熱的不安定性が強くなるからである。水素予混合火炎の不安定性に及ぼす水蒸気添加の効果は新たな知見であり、原子力発電所などにおける水素防爆対策に繋がることが期待される。
門脇 敏; Thwe Thwe, A.; 古山 大誠*; 河田 一正*; 勝身 俊之; 小林 秀昭*
Journal of Thermal Science and Technology (Internet), 16(2), p.20-00491_1 - 20-00491_12, 2021/00
被引用回数：4 パーセンタイル：30.26(Thermodynamics)水素-空気予混合火炎の固有不安定により生じるセル状火炎面の不安定運動に及ぼす圧力と熱損失の影響を数値的に調査するために、水素-酸素燃焼の反応機構を採用し、8つの活性種と希釈剤の17の可逆反応をモデル化した。二次元非定常反応流れの基礎方程式が処理され、圧縮率,粘度,熱伝導,分子拡散、および熱損失が考慮された。圧力が高くなると、最大成長率が増加し、不安定な範囲が広がった。これらは主に火炎の厚さの減少によるものだった。圧力が高く、熱損失が大きくなると共に平面火炎の燃焼速度で標準化したセル状火炎の燃焼速度は増加した。これは、圧力と熱損失が細胞炎面の不安定な動きに強く影響したことを示している。また、フラクタル次元が大きくなり、炎の形状が複雑になったことを示している。
勝身 俊之; 吉田 康人*; 中川 燎*; 矢澤 慎也*; 熊田 正志*; 佐藤 大輔*; Thwe Thwe, A.; Chaumeix, N.*; 門脇 敏
Journal of Thermal Science and Technology (Internet), 16(2), p.21-00044_1 - 21-00044_13, 2021/00
被引用回数：5 パーセンタイル：36.79(Thermodynamics)水素/空気予混合火炎の動的挙動の特性に及ぼす二酸化炭素と水蒸気の添加の影響を実験的に解明した。シュリーレン画像により、火炎面の凹凸が低い当量比で明瞭に観察された。火炎半径が大きくなると共に伝播速度は単調に増加し、火炎面の凹凸の形成に起因する火炎加速が生じた。不活性ガスの添加量を増やすと、特にCO添加の場合、伝播速度が低下した。さらに、マークスタインの長さと凹凸係数が減少した。これは、COまたはHOの添加が水素火炎の不安定な動きを促進したことを示してあり、拡散熱効果の強化が原因であると考えられる。水素火炎の動的挙動の特性に基づいて、火炎加速を含む伝播速度の数学モデルで使用されるパラメータが得られ、その後、さまざまな条件下での火炎伝播速度が予測された。
門脇 敏; 野上 雅人*; Thwe Thwe, A.; 勝身 俊之*; 山崎 渉*; 小林 秀昭*
日本機械学会論文集(インターネット), 85(879), p.19-00274_1 - 19-00274_13, 2019/11
本研究では、流体力学的不安定性と拡散・熱的不安定性に起因する三次元セル状予混合火炎に及ぼす未燃ガス温度と熱損失の効果を調べるため、三次元圧縮性ナヴィエ・ストークス方程式を採用して三次元の反応流れの数値計算を実行した。未燃ガス温度が下降し熱損失が増大するとともに、火炎の増幅率は小さくなり、不安定領域は狭くなる。これは、主として平面火炎の燃焼速度の低下によるものである。その増幅率と波数を平面火炎の燃焼速度と質量流束密度で標準化すると、未燃ガス温度の下降とともに、標準化した増幅率は大きくなり、不安定領域は広くなる。これは、主に、既燃ガスと未燃ガスの温度比の増加によって熱膨張の効果が強くなること、並びに、ゼルドヴィッチ数の増大に伴う凹凸の火炎面における局所的燃焼速度の変化が顕著になることによるものである。最大増幅率に対応する特性波長をもつ擾乱を平面火炎に加えると、それは固有不安定性により発達し、セル状の火炎面が形成される。標準化したセル状火炎の燃焼速度は、未燃ガス温度の下降とともに増加する。また、熱損失が増大するとセル状火炎の燃焼速度は増加する。これは、熱損失が拡散・熱的不安定性において重要であることを示している。
Thwe Thwe, A.; 門脇 敏; 日野 竜太郎
Journal of Thermal Science and Technology (Internet), 13(2), p.18-00457_1 - 18-00457_12, 2018/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Thermodynamics)拡散・熱的(D-T)モデル及び圧縮性ナビエーストークス(N-S)方程式を用いて広域における低ルイス数セル状予混合火炎の不安定挙動について、反応流れ場の二次元非定常数値解析を行った。圧縮性N-S方程式によって得られた火炎の成長増幅率は、D-Tモデルによって得られたものより大きく、不安定領域は広いことが分かった。計算領域を広くした結果、大きなセル状火炎から分離された小さなセルの数は劇的に増加した。このとき、圧縮性N-S方程式に基づく数値結果では、より強い不安定挙動及びより大きな平均燃焼速度が観察された。併せて、圧縮性N-S方程式によって得られたフラクタル次元は、D-Tモデルによって得られたものよりも大きかった。加えて、放射熱損失が低ルイス数予混合火炎の不安定性を促進することを確認した。
副島 吾郎; 岩井 紘基; 門脇 春彦; 中村 保之; 都築 聡*; 安永 和史*; 中田 吉則*; 久米 恭*
平成28年度公益財団法人若狭湾エネルギー研究センター研究年報,19, P. 9, 2017/10
熱的切断工法(プラズマ切断及びレーザ切断)を用いて、気中切断や水中切断を行った際に発生する粉じんの気中等への移行量、移行率及び性状等のデータを取得し、切断工法の違いや切断速度や出力等の切断条件を変化させた際の影響を調査した。
寺田 敦彦; 松本 昌昭*; 杉山 均*; 上地 優; 門脇 敏*; 日野 竜太郎
Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 6 Pages, 2015/05
福島第一原子力発電所事故では、被覆管の酸化によって発生した大量の水素が原子炉建屋に漏洩し、水素爆発が引き起こることで環境に深刻な影響を与えるに至った。原子力発電所の安全対策のさらなる向上に向けて、特にシビアアクシデント時における、拡散流動、燃焼、爆発による構造物への影響を考慮した水素挙動を予測するシステムの開発を進めている。このシステムは、多くの研究者, 技術者を支援するために様々なCFD、及びFEMのツールで構成されている。本報では、開発を進めているシステムの概要と配管破断試験の予備解析にて良好な機能検証がえられた結果等を報告する。
鈴木 淳市; 門脇 和男; 畑 慶明*; 岡安 悟; 西尾 太一郎; 掛谷 一弘*; 小田原 成計*; 永田 篤士*; 中山 哲*; 茅根 一夫*
低温工学, 38(9), p.485 - 492, 2003/09
最近、微小超伝導体に拘束された量子化磁束が特異な空間秩序を示すことが理論的に明らかとなり、注目を集めている。このような秩序化は、高い空間分解能を有する磁気顕微鏡により観測が可能である。われわれは、微細加工技術を利用した磁気検出コイルサイズの微小化とスタンドオフの縮小により、磁気顕微鏡の高空間分解能化に成功した。そして、この高空間分解能磁気顕微鏡を利用して、Nb、及び、YBaCu
O
微小超伝導体の量子化磁束配列を観測することにより、量子化磁束配列の変化に対応した磁化の量子振動を明らかにすることができた。
畑 慶明; 鈴木 淳市; 掛谷 一弘*; 門脇 和男*; 小田原 成計*; 永田 篤士*; 中山 哲*; 茅根 一夫*
Physica C, 388-389(1-4), p.719 - 720, 2003/05
近年、微細加工技術の発展とともに、微小領域(マイクロメーターからナノメーターオーダー)に束縛された超伝導体の磁束状態に興味が持たれている。通常の超伝導体では、磁束は
に量子化されて超伝導体中に分布する。しかし、微小な超伝導体では超伝導体の大きさや形状に依存した磁束の配列が実現することが理論的に示されている。例えば、微小超伝導Diskでは外形の対称性を維持するために中央に外部磁場に対応して、量子磁束の整数倍の磁束強度を持つ巨大磁束が安定である。しかし、このような超伝導体の磁束観察に関する研究の報告はほとんど存在しない。そこで、走査型SQUID顕微鏡を用いてYBCO-Diskの磁束配列の観察を試みた。試料はFIB(Forcused Ion Beam)加工を用いて作成し、直径は
である。走査型SQUID顕微鏡による磁束観察の結果、Disk中の磁束は外部磁場の増大に伴い個数が増加した。全ての磁束は量子化されており、巨大磁束は存在しなかった。
BC by scanning SQUID microscopy畑 慶明; 鈴木 淳市; 掛谷 一弘*; 門脇 和男*; 中山 哲*; 永田 篤*; 小田原 成計*; 茅根 一夫*
Physica C, 378-381(Part1), p.420 - 423, 2002/10
第二種超伝導体では、ある一定以上の磁場の下で超伝導体内部に量子化された磁束が侵入する。走査型SQUID顕微鏡を用いると、この量子化された磁束の振る舞いを直接観察することができる。磁性超伝導体では、磁性イオンを含まない超伝導体とは違い、この量子磁束に内部構造が見られることが理論的に示されている。しかし、その直接観察の例はこれまでにほとんど報告されていない。そこで、走査型SQUID顕微鏡を用いて磁性超伝導体
の量子磁束観察を行った。磁性超伝導体系は低温での磁気的性質は磁性を担う希土類イオンの種類により大きく異なる。
ではクラスター状に分布した量子化された磁束量子が観測され、印加磁場の増大にともなう磁束量子の密度の増加がみられた。磁性イオンを持たないYBCOの観察結果と比較的類似した結果が得られた。これに対して
では量子磁束の数倍の強度を持つ大きな磁束とその周辺に逆向きの磁束分布が観測された。これは試料の持つ磁気モーメントと超伝導体中に侵入した磁束の和が量子化条件を満足するために見られる現象で、このような現象を直接観察したのはこれが初めてである。
-moments in TbTiO
; Neutron scattering study安井 幸夫*; 金田 昌基*; 伊藤 雅昌*; 原科 浩*; 佐藤 正俊*; 奥村 肇*; 加倉井 和久; 門脇 広明*
Journal of the Physical Society of Japan, 71(2), p.599 - 606, 2002/02
被引用回数：80 パーセンタイル：90(Physics, Multidisciplinary)強い磁気的フラストレーションを示すパイロクロア系物質,TbTiO,の静的及び動的磁気的性質をT=0.4Kまでの低温下で単結晶中性子散乱により研究した。30K以下の温度で磁気的散乱強度の波数依存性が顕著になり磁気的相関を示すことが明らかになった。その相関のエネルギー依存性から弾性,準弾性及び非弾性の成分が存在することが明らかになった。この静的相関を記述できるクラスターとして二つの四面体に属する7つのモーメントの配列を提案した。また1.5K以下で観測されるグラス的状態の原因についても議論した。
渡邊 和弘; 山中 晴彦; 山口 耕平*; 門脇 慎*; 市村 智*
no journal, ,
ITER用プロジェクトにおいては、直流-1MVに絶縁された高電圧デッキに設置されるイオン源やイオン引き出し電源に交流電力を絶縁して供給するための絶縁変圧器が必要である。直流-1MVの絶縁性能と組立手順等を検証確認するために、絶縁変圧器のモックアップ試験体を開発した。高電圧の耐電圧試験を実施した結果、直流-1MV以上の十分な絶縁性能を確認できた。
寺田 敦彦; 上地 優; 日野 竜太郎; 松本 昌昭*; 杉山 均*; 門脇 敏*
no journal, ,
日本原子力研究開発機構では、水素の発生から拡散、燃焼、爆発に至る挙動を予測する水素挙動解析システムの構築を進めている。本報では、システムの概要と水素挙動解析システムの構築に向けた取り組みの一環として、OECD/NEAのISP47等のTOSQAN試験データを用いたコード検証事例を報告する。
寺田 敦彦; 上地 優; 日野 竜太郎; 杉山 均*; 松本 昌昭*; 門脇 敏*
no journal, ,
原子力機構では、水素の発生から拡散、燃焼・爆発に至る挙動を予測する水素挙動解析システムの構築を進めている。本報では、水素挙動解析システムの構築に向けた取組みの一環として、OECD/NEAプロジェクトで実施されたISP49のTHAI-HD22試験データによるコード検証を行い、実験結果の再現性が確認できたことを報告する。
Thwe Thwe, A.; 日野 竜太郎; 門脇 敏*
no journal, ,
The effects of propane addition on the instability of lean hydrogen-air premixed flames were investigated experimentally. Flat burner of 60mm in diameter was used. Propane in fuel-air mixture was chosen as 1, 5, 10, 15 and 20%, the flow rate of premixture was set to 15L/min, and the equivalence ratio was set to 0.2 through 1.0. The experiments were carried out under the room temperature and atmospheric pressure. When the concentration of propane in fuel mixture was increased, lower lean flammable limit increased, cellular flame range decreased and planar flame range increased. When the equivalence ratio increased, cell width decreased, combination of cells appeared and cellular flame became flat at each case owing to the decrease of diffusive-thermal effect. The fluctuation of the light emission intensity became weaker and the torus shape of attractor became clear as the addition of propane suppressed the instability of the flame.
-air premixed flameThwe Thwe, A.; 日野 竜太郎; 寺田 敦彦; 門脇 敏
no journal, ,
XiFoamを用いて球状に膨張する水素-空気予混合火炎の挙動を調べるために二次元および三次元シミュレーションを行った。当量比は1.0に設定した。着火は分域の中心から始まり、火炎は球状に膨張してしわになった。得られた火炎半径は実験結果と一致した。
-air premixed flame inside of a vessel; Numerical simulations by using XiFoamThwe Thwe, A.; 寺田 敦彦; 日野 竜太郎; 門脇 敏
no journal, ,
高レベル放射性廃棄物容器内の水の放射線分解により発生する水素の燃焼と爆発の危険性を減らすためには水素燃焼現象および特性を理解する必要があり、そのためにCFDは重要な役割を果たしている。本研究では、勝身ら[長岡技術科学大学]による水素-空気爆発実験から推定された新しい層流火炎速度モデルをオープンソースコードXiFoamソルバーに実装して、解析格子サイズ(2mm
0.625mm)によるしわ状火炎への影響を明らかにするために、水素-空気予混合火炎伝播シミュレーションを行った。その結果、格子サイズを1mm以下とすることで、着火から0.003秒から0.006秒までは火炎温度と火炎半径はほぼ同じであることと、0.006秒以降で火炎に固有不安定性効果による温度, 伝播速度の加速効果が現れることがわかった。解析格子サイズが小さくなると、点火領域の格子点数の増加とともに火炎温度が上昇して火炎半径も大きく、実験と同様な、しわ状火炎面を確認できるようになった。
