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渡辺 正; 近藤 昌也
JSME International Journal, Series B, 49(2), p.296 - 301, 2006/05
原子力プラントでは、円柱構造物がさまざまな流れの条件のもとに使用されており、その流動誘起振動現象の解明は原子炉の安全確保にとって重要である。本報告では、数値シミュレーションにより円柱の流動誘起振動現象を解析した結果について述べる。シミュレーションでは、3次元非圧縮ナビエストークス方程式を有限要素法を用いて解き、円柱の運動と流れ場を連成させ、流れ方向及び流れと垂直方向への円柱の振動と円柱に作用する力,流れ場の渦の状態について考察した。流れ方向の振動は、換算流速が4.0以下で起こり、2.5以下では対称渦、2.9以上では交互渦の発生が見られたが、2.6付近では振動は起こらず、実験と良い一致を示した。交互渦の発生する条件では、流れと垂直方向への振動が支配的であり、垂直方向の振動により、円柱の抵抗係数,揚力係数のいずれもが増加し、また、流れ場の渦構造が時間的にも空間的にも微細化することが明らかとなった。
西田 明美
JSME International Journal, Series B, 49(2), p.360 - 367, 2006/05
構造物が衝撃的外力を受けたとき、構造物内部では応力波が発生し、接合部や境界における反射や透過を繰返しながら伝播する。この伝播現象を解明することは、いまだ未解明である構造物の接合部等におけるエネルギー逸散現象を解明するための有効な知見となることが期待される。本研究では、原子力プラントの実運用時における動的現象シミュレーションシステム(3次元仮想振動台)の開発において、特に配管系構造物における応力波伝播現象及び減衰機構の解明を目的とする。本論文では、連続体モデルを基礎とする3次元フレーム構造物の波動伝播解析手法を配管系構造物に適用するためにチモシェンコ梁理論を導入し、梁のせん断波の伝播を厳密に扱える3次元フレーム要素の定式化を示す。また、大洗研究開発センターHTTRにおいて実際に配管として用いられている鋼管を例題とし、従来梁理論の適用限界を明示し、本手法の有効性を述べる。
中桐 俊男; 加瀬 健; 加藤 章一; 青砥 紀身
JSME International Journal, Series B, 49(2), p.302 - 308, 2006/05
高速増殖炉(FBR)の熱を利用し、水を原料とする、熱
電気併用による低温水素製造システムが日本原子力研究開発機構(JAEA)により提案された。このシステムは硫酸合成・分解反応を組合せた既存のプロセス(ウェスティングハウスプロセス)をもとに、三酸化硫黄分解プロセスに酸素イオン伝導性固体電解質による電気分解を適用して200から300
C低温化したものである。SO
電解は500から600Cの温度範囲で0.5V以下で行えることが確認され、化学反応ベースの熱効率は硫酸濃度と熱回収の影響で35%から55%の範囲で変化することも確認された。さらに、プロセス全体を実現するための水素製造実験が実施された。安定な水素と酸素の発生が観察され、最長実験時間は5時間である。
内海 隆行*; 木村 英雄
JSME International Journal, Series B, 47(4), p.761 - 767, 2004/11
CIP-BS法を用いて3種類(方物型,楕円型,双曲型)の偏微分方程式を解き、解の精度と安定性について考察した。2次までの微係数を考慮するCIP-BS2法は1次までの微係数を考慮するCIP-BS1法よりも高い精度で解を得ることができ、放物型と双曲型の方程式に対してCIP-BS法は原理的に保存性を有することを示した。CIP-BS法は空間微分が不連続になる特異点を計算体系に有する問題を解くことが可能であることを示し、偏微分方程式の普遍的な解法であることを示した。
内海 隆行*; 矢部 孝*; 青木 尊之*; Koga, J. K.; 山極 満
JSME International Journal, Series B, 47(4), p.768 - 776, 2004/11
CIP-基底関数法は、数値流体解析技法として開発されたCIP法を基底関数の観点から定式化したものである。偏微分方程式は有限要素法と同様にガラーキン法にしたがって離散化変数の常微分方程式に変換される。ただし、CIP法の特徴である空間微係数も独立変数として扱われる。本論文では、非線形関数演算に微分代数を適用して双曲型偏微分方程式であるバーガーズ方程式,KdV方程式,流体方程式を離散化し、これらの方程式に対して高精度解が得られることを示す。
工藤 一彦*; Li, H.*; Li, B.-X.*; Saito, Jun*; 山口 彰; 高田 孝
JSME International Journal, Series B, 47(3), p.631 - 636, 2004/08
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菊地 賢司; 斎藤 滋; 倉田 有司; 二川 正敏; 佐々 敏信; 大井川 宏之; 若井 栄一; 梅野 誠*; 水林 博*; 三浦 邦明*
JSME International Journal, Series B, 47(2), p.332 - 339, 2004/05
加速器駆動システム(ADS)による核破砕中性子源ターゲットと未臨界炉冷却材を鉛ビスマス共晶合金を用いて構築するための技術開発として配管及び機械要素の材料と鉛ビスマスの両立性,鉛ビスマスの制御性を調べた。その結果、オーステナイトステンレス鋼受け入れ材の腐食量は3000時間当たり最大0.1mmだが、あらかじめ表面を研磨すれば腐食量を減らせること、鉛ビスマスの温度制御は安定だが、流量制御は不安定であることがわかった。不安定の主な原因は、溶解度差による高温部から低温部への質量移行で低温部に析出する物質がフェライトとなって電磁ポンプの磁場中流路に鉛ビスマスと一緒に残存することであった。対策は流路幅を広げれば良い。
國富 一彦; 片西 昌司; 高田 昌二; 滝塚 貴和; Yan, X.; 小杉山 真一
JSME International Journal, Series B, 47(2), p.261 - 267, 2004/05
高温ガス炉ガスタービン発電システム(GTHTR300)は、原子炉の1次系にガスタービンを設置して発電を行う高効率発電システムであり、2010年代の実用化を目指している。本システムでは、可能な限り既存の技術を用いることで、開発要素を少なくする設計としているが、主要機器である圧縮機,磁気軸受等の開発試験が必要である。開発試験は、1/3スケールのヘリウムガス圧縮機の空力性能試験,磁気軸受の制御性確認試験,全体システムの運転制御性試験からなる。このうち、ヘリウムガス圧縮機の空力性能試験では、ボス比が大きくなりブレード周りのヘリウムガスの2次流れの空力性能の影響が大きくなるヘリウムガス圧縮機の特性を考慮した試験計画を定めた。本報は、GTHTR300の優れたタービン系の特長を示すとともに、開発試験の試験計画,試験内容を示す。
高瀬 和之; 吉田 啓之; 小瀬 裕男*; 玉井 秀定
JSME International Journal, Series B, 47(2), p.323 - 331, 2004/05
軽水炉の冷却材流路には燃料棒間のギャップ幅を一定に保つためにスペーサ等の突起がしばしば設置される。狭隘流路内のスペーサ周辺の熱流動に関する定量的な研究は、単相流では数多く見られるが、二相流ではほとんど見られない。そこで、狭隘流路に存在するスペーサ等の物体が二相流挙動に及ぼす影響を数値的に調べた。解析体系は3次元流路とスペーサを簡略模擬した矩形突起から成る。解析では、流路入口に液膜厚さとその流速及び蒸気流速を与え、時間方向に進展する液膜流挙動を非加熱等温流条件に対して定量的に検討した。本研究の成果は次のとおりである。(1)気液界面に作用するせん断応力によって界面不安定性が起こり、気相と液相の相対速度とあいまって波立ち発生へと現象が進行することを数値的に確認した。(2)突起後端から発生するはく離線に沿ってウエークが形成され、ここでは強い乱れによって液膜が排除されることがわかった。
玉井 秀定; 呉田 昌俊; 吉田 啓之; 秋本 肇
JSME International Journal, Series B, 47(2), p.293 - 298, 2004/05
低減速軽水炉の熱水力設計のためには稠密燃料集合体における圧力損失特性の把握及びその評価方法が重要である。本論文では、既存の4
5バンドル試験と原研で実施した7本バンドル試験の結果との比較により、Martinelli-Nelson及びHancoxの評価方法の予測精度を検討した。その結果、二相流の摩擦圧力損失は、水力等価直径が3mm以下の稠密燃料集合体では等価な円管より小さくなることがわかった。この理由は、稠密燃料集合体と円管の流路形状の相違とマイクロチャンネルの効果によるものである。
Liu, W.; 呉田 昌俊; 秋本 肇
JSME International Journal, Series B, 47(2), p.299 - 305, 2004/05
低減速軽水炉の重要な開発課題の一つが、熱工学的成立性の確認である。本研究では、330MWeの低減速軽水炉の炉心を模擬した三角格子配列7本バンドル試験体を用いて、限界出力特性を調べた。実験は、低減速軽水炉の定格運転時のホットチャンネル条件を中心に、出口圧力,質量速度,入口水温,径方向ピーキング係数を系統的に変えて、約300点のデータを蓄積した。各パラメーターの限界出力や限界クオリティへの影響を調べた。また、設計式であるArai式を検証した結果、定格運転条件近辺では、評価式が実験値と予測精度
10%程度で一致するが、定格運転条件以外の条件において、Arai式の予測性能が低下することがわかった。
渡辺 正; 海老原 健一
JSME International Journal, Series B, 45(3), p.600 - 606, 2002/08
上昇気泡のシミュレーションを格子ボルツマン法により行い、合体分裂時の気泡界面積の変化を数値的に測定した。単一気泡については上昇速度が実験相関式によるものと一致することがわかった。また、気泡形状の振動と界面積の増減が対応することを確認した。二つの気泡を上下に配置すると、下の気泡の上昇速度が大きく上の気泡に追いつくことにより合体することが示された。合体時には界面積は減少し、その後、合体気泡の変形により増加することがわかった。また、合体後に分裂を起こすケースでは、分裂時に界面積は大きく増加し、その後減少することが明らかとなった。
上出 英樹; 木村 暢之; 宮越 博幸
JSME International Journal, Series B, 45(3), p.577 - 585, 2002/08
最近のナトリウム冷却高速炉の設計では崩壊熱除去系として直接補助炉心冷却系を採用している。本設計では冷却器を炉内に侵漬しており、自然循環時に冷却器からの低温冷却材が炉心頂部を覆い、集合体間の隙間部に侵入し対流し得る。このような流れをインタ-ラッパ-フロ-(IWF)と呼んでいる。ここでは、多次元熱流動解析コ-ドを用いてIWFを含む炉心部の熱流動現象を予測する計算手法を開発し、水並びにナトリウムを用いた実験により検証するとともに、60万kWe級大型炉の設計例に適用した。その結果、自然循環崩壊熱除去時の炉心部最高温度はIWFに強く依存するとともに炉心部の流量再配分、集合体間の熱移行により影響されることを明らかにした。
木村 暢之; 上出 英樹
JSME International Journal, Series B, 45(3), p.592 - 599, 2002/00
高速炉において、温度の異なる流体が混合することにより発生するサーマルストライピング現象を定量的に評価することは、構造健全性の担保および構造設計の合理化の上で重要である。本研究では、中心に低温噴流、その両側に高温噴流を配置した平行三噴流水試験に対して、乱流モデルをパラメータとした3種類の数値解析を実施し、模擬性を比較・評価した。本解析は、有限差分法に基づく多次元熱流動解析手法を適用して実施した。使用した乱流モデルは、
-
2方程式乱流モデル(-Model)および低レイノルズ数型応力・熱流束方程式乱流モデル(LRSFM)である。さらに、乱流モデルを使用しない直接シミュレーション(DNS)を実施した。その結果、DNSは、噴流間の流体間の流体混合により発生する温度変動の強度を良好に再現できることが明らかになった。-ModelとLRSFMは温度変動強度を過大評価していた。
近藤 昌也; 安濃田 良成
JSME International Journal, Series B, 44(4), p.688 - 694, 2001/11
高速増殖炉「もんじゅ」の熱電対流力振動に関する水流模擬実験を行った。試験体変位の測定並びに可視化実験を行い、試験体の振幅及び周波数特性、振動の位相を評価した。評価の結果、対称渦を伴うインライン方向1次元振動が生じる流速範囲と、交互渦を伴う2次元振動が生じる流速範囲とが存在することを示した。また、ウェーブレット変換と統計処理手法を組み合わせた位相評価手法を提案し、2次元振動領域におけるインライン方向変位の位相と交互渦による外力の位相との関係が流速条件によって変化していることを示した。
堺 公明; 岩田 耕司; 森下 正樹; 北村 誠司
JSME International Journal, Series B, 44(4), p.712 - 720, 2001/11
配管内円柱状構造物の渦励振評価手法について、従来デ-タの限られていた超臨界レイノルズ数領域でのデ-タを取得した。また、構造減衰による振動抑制について、片持ち支持の円柱内に高粘性のオイルを充填することによって、高減衰(0.49
Cn2.22)条件での流力振動デ-タを取得した。それらの結果、渦励振評価評価手法の適用性が確認された。
木下 秀孝; 成合 英樹*; 稲坂 富士夫*
JSME International Journal, Series B, 44(1), p.81 - 89, 2001/01
水の管内強制流動サブクール沸騰限界熱流束を機構論的モデルの観点から検討を行った。気泡観察及び予備実験の結果、Weisman-Peiの気泡充満モデルが短管及び非均一加熱条件ねじりテープ挿入管の予測に適していると確認した。オリジナルのWeisman-Peiモデルを限界熱流束の物理的機構を表せるように改良した。新しいモデルは非常に短い管を含むストレート管と均一及び非均一加熱条件でのねじりテープ挿入管の限界熱流束を精度良く予測した。
岩田 耕司; 森下 正樹; 堺 公明; 山口 彰
JSME International Journal, Series B, 44(4), p.721 - 728, 2001/00
配管内超臨界レイノルズ数領域(310
3 10
)の水流に直交して置かれた円柱の乱流励振の測定実験を実施した。いくつかのレイノルズ数レベルで測定した流体力のパワ-スペクトル密度を基に乱流励振特性を調べ、レイノルズ数、乱流強度、テ-パの影響等を明らかにした。また、設計用として提示されている乱流励振振幅評価法について、実験デ-タとの比較により、評価式中の乱流励振力係数と相関長さの設定の妥当性ならびに振幅評価法全体の有する大きな保守性が確認された。
岡本 孝司*; 文沢 元雄
JSME International Journal, Series B, 37(3), p.503 - 508, 1994/00
本研究は高温ガス炉の配管破断時炉内熱流動安全性研究の一環として行ったものである。負の浮力噴流によって生ずる置換過程の非定常密度分布を測定するため、マッハツェンダ画像処理を行う自動計測システムを開発した。マッハツェンダ干渉縞のVTR画像をEWSで自動的に解析することで、2次元密度分布を求めた。その結果、ヘリウム中への上向き空気噴流に対して、噴出口上部において、密度成層を形成していることが、定量的に示された。
柳原 敏; 中野 真木郎*; 佐伯 武俊*; 藤木 和男
JSME International Journal, Series B, 36(3), p.493 - 498, 1993/00
原子炉デコミッショニングに必要な技術の開発及びデータベースの構築を中心に、JPDRデコミッショニング計画が進められている。この計画の中では、JPDR解体に関する種々のデータを収集するとともに、それをデータベースとして蓄積している。収集したデータは、(1)現在進行中の解体作業の管理、(2)デコミッショニングの管理のために必要なデータの評価を目的に開発したコードシステム(COSMARD)の検証、(3)将来の商用発電炉のデコミッショニング計画、に使用されるものである。この計画の中で開発したCOSMARDとデータベースは将来の商用発電炉のデコミッショニング計画に有効に役立つと期待される。