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安部 諭; 岡垣 百合亜; 石垣 将宏; 柴本 泰照
Proceedings of OECD/NEA Workshop on Virtual CFD4NRS-8; Computational Fluid Dynamics for Nuclear Reactor Safety (Internet), 11 Pages, 2020/11
The fifth international benchmark exercise (IBE-5), the cold-leg mixing CFD benchmark, was conducted under the support of OECD/NEA. The experiment for IBE-5 was designed to visualize the mixing phenomena of two liquids with different density in a horizontal leg (as a simulant of the cold-leg) and downcomer. This paper shows our CFD result on the open test condition in IBE-5. We selected the Large-eddy simulation (LES) solving the filtered equation of flow and concentration fields. Regarding the eddy-viscosity to model the turbulence flux of the momentum at sub-grid scale (SGS), Wall-adapting locale eddy-viscosity (WALE) model, a modified version from the Smagorinsky model, was applied. The experimental geometry was resolved with three different numerical mesh systems. The CFD analysis predicted the laminar-like flow behavior in the horizontal leg. Due to the large density difference between the two liquids, the turbulence production was suppressed strongly, and the velocity fluctuation in the horizontal leg became very slow and small. In contrast, the strong turbulence mixing in the downcomer was predicted. The plume from the horizontal leg entrained with the surroundings and spread circumferentially in the downcomer. The comparison with the TAMU experimental data reveals the good performance of the WALE model. In addition, we discuss the appearance characteristics of the high concentration of the heavy liquid in the downcomer in the LES. The Probability Density Function (PDF) and Cumulative Distribution Function (CDF) are derived based on the predicted time-series of the heavy liquid concentration. The PDF around the mean concentration in the case with the low mesh resolution is larger than that predicted by the higher resolution due to the excessive homogenization of the heavy fluid concentration. This study reveals the importance to note the required mesh resolution to predict the appearance event of the high concentration.
入澤 啓太; Garcia-Lodeiro, I.*; 木下 肇*
Cement and Concrete Research, 128, p.105951_1 - 105951_7, 2020/02
被引用回数：7 パーセンタイル：35(Construction & Building Technology)本研究では、ポリリン酸ナトリウムを含む混練溶液の量と濃度を変化させてリン酸添加カルシウムアルミネートセメント(CAP)の特性を調査した。ポリリン酸ナトリウムの量を一定にして、混練溶液の量を増大させたとき、カルシウムアルミネートセメント(CAC)中に存在するゲーレナイトと比較して、モノカルシウムアルミネートが減少していった。また、非晶質ゲル相中に存在する水の減少とCAP中の水和物として、ギブサイト(Al(OH)
)の量が増大した。ポリリン酸ナトリウムの濃度を一定にして、混練溶液の量を増大させたとき、モノカルシウムアルミネートの減少が確認されなかった。このシリーズにおいては、ギブサイトや他の結晶性水和物も同定されなかった。加えて、未反応なポリリン酸ナトリウムがCAP中に残存した。非晶質ゲル相中の水の減少とCAP中の水和物が微細構造の緻密性を向上させていると考えられる。
Hamdani, A.; 安部 諭; 石垣 将宏; 柴本 泰照; 与能本 泰介
Proceedings of 18th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-18) (USB Flash Drive), p.5463 - 5479, 2019/08
The present study introduces thermal mixing and stratification produced by heated air jet located at the bottom level of the containment vessel. The investigation was carried out experimentally and numerically in the large containment vessel called CIGMA (Containment InteGral effects Measurement Apparatus). The experiments were conducted with external surface cooling and various air jet inlet temperatures. The containment cooling was done by flooding the water on the external side of half-upper of a vessel. To identify their influence on the thermal mixing and stratification phenomena, the investigation focuses on mixing convection which occurred in the cooled region of a containment vessel. Temperature distribution and jet velocity were measured by thermocouple and Particle Image Velocimetry (PIV) respectively. Numerical simulation was performed using Computational Fluid Dynamics (CFD) code OpenFOAM to investigate the detail effects of external cooling on the fluid flow and thermal characteristics in the test vessel. CFD results showed a good agreement with experimental data on both temperature and velocity. Both temperature and velocity of hot air jet decayed rapidly downstream jet nozzle. Thermal stratification was observed by visualization of temperature contour maps over a cross-section in the containment vessel. Vigorous mixing was also noticed in the upper region of the containment vessel. Effect of external cooling on mixing and the thermal stratification were presented and discussed.
Studer, E.*; 安部 諭; Andreani, M.*; Bharj, J. S.*; Gera, B.*; Ishay, L.*; Kelm, S.*; Kim, J.*; Lu, Y.*; Paliwal, P.*; et al.
Proceedings of 12th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-12) (USB Flash Drive), 16 Pages, 2018/10
Nuclear engineering research groups were interested in the phenomena of the interaction between a rising jet and a stratified layer located above in order to better understand the underlying mechanisms of hydrogen accumulation and dispersion in a nuclear reactor containment. Previous studies were performed with an upward jet of fluid heavier or lighter than the upper stratified layer. However, in real configurations i.e. the inner part of a nuclear containment, obstacles such as pipes, components as pumps or reservoirs and walls are present, and they can dissipate the initial momentum of the gas release. Consequently, the upward flow pattern can be considered "diffuse" and buoyant, neither pure jet nor pure plume. Therefore, this challenging issue was part of a project called HYMERES, which was launched and conducted in the OECD/NEA framework. Dedicated experiments were performed to study the interaction between a diffuse buoyant jet and two-layer stratification. In the large-scale MISTRA facility, the HM1-1 test series were conducted in which the erosive flow pattern came from a horizontal hot air jet impinging on a vertical cylinder. These experimental results were offered for a blind and open benchmark exercise.
堀田 亮年*; 森田 彰伸*; 梶本 光廣*; 丸山 結
日本原子力学会和文論文誌, 16(3), p.139 - 152, 2017/09
Among twelve FCI cases conducted in the OECD/NEA/CSNI/SERENA2 test series using two facilities, six steam explosion cases, five from TROI and one from KROTOS, were analyzed by JASMINE V.3. Major model parameters were categorized into "focused zone", a core part of interest, and "peripheral zone", the initial and boundary conditions given intentionally for each test case. For the former, base values established through past validation studies of JASMINE V.3 were applied. The code was modified to implement the measured distribution of entrained droplet size acquired in TROI-VISU. For the latter, melt release histories were given as a combination of time tables of jet diameter and release velocity that were estimated based on image data and transit timing data of the melt leading edge. The base values were shown to predict impulse responses of SERENA2 systematically with a reasonable error band. A statistical analysis based on the LHS method was performed. Uncertainty ranges were given based on measurement errors and past validation studies in the JASMINE development. Underlying mechanisms causing apparent differences in the mechanical energy conversion ratio between two facilities were studied from the view point of breakup length and trigger timing.
栃尾 大輔; 藤本 望
Journal of Nuclear Science and Technology, 53(3), p.425 - 431, 2016/03
被引用回数：1 パーセンタイル：10.6(Nuclear Science & Technology)JAEAでは、将来型高温ガス炉の設計を行っている。この原子炉には異なる温度のヘリウムガスの合流点が多くある。構造物健全性又は温度制御の観点から高温ガス炉の配管内におけるヘリウムガスの混合特性を明らかにする必要がある。過去にHTTRで、ヘリウムガスの混合が十分でないことにより、原子炉入口温度が目標値より低くなるよう制御されていた。現在、この制御系は原子炉入口ヘリウムガスの混合平均温度を使った制御方法へと改良されている。本論文は、HTTRの1次系におけるヘリウムガスの混合挙動を明らかにするために、熱流動解析を行った。その結果、1次系におけるヘリウムガスの混合挙動は主に環状部流路のアスペクト比に影響を受け、高温ガス炉の配管設計では混合特性を考慮する必要があることが分かった。
森山 清史; 中村 秀夫; 丸山 結*
Nuclear Engineering and Design, 236(19-21), p.2010 - 2025, 2006/10
被引用回数：23 パーセンタイル：81.96(Nuclear Science & Technology)軽水炉シビアアクシデント時における溶融炉心/冷却材相互作用(FCI)の粗混合過程及びデブリベッド形成過程を解析的に評価するため、FCI粗混合解析コードJASMINE-preを開発した。JASMINE-preは融体ジェット,融体粒子,融体プールの3成分からなる融体モデルを、二相流解析モデルと連成したものである。二相流モデルは原研で開発されたACE-3Dコードに基づくものである。融体ジェット及び融体プールモデルは各々水中を流下する溶融炉心と底部で塊状になった融体を一次元で表したものであり、融体粒子モデルではラグランジュ的なグループ粒子の概念を用いている。また、簡易的なモデルとして、静止水中における粒子の生成と沈降・冷却のみを考慮したコード「pmjet」を開発した。これらのモデルを用いて、コリウム融体の冷却実験であるFARO実験のうち、水プールが飽和温度の場合と高サブクール条件の場合のシミュレーションを行った。JASMINE-preによる計算結果は、圧力上昇及び融体分裂について実験とおおむね一致した。また、計算結果より、粗混合領域内の溶融状態のコリウム質量は、定常的な融体ジェット分裂のもとでほとんど一定に保たれることがわかった。さらに、この粗混合融体量の計算結果について、JASMINE-preとpmjetの間でよい一致が見られた。
森山 清史; 丸山 結; 宇佐美 力*; 中村 秀夫
JAERI-Research 2005-017, 173 Pages, 2005/08
JAERI-Research-2005-017.pdf:11.17MB
水プール中における融体ジェットの分裂は、軽水炉シビアアクシデント時における水蒸気爆発の粗混合過程及びデブリ冷却性に関連する重要な現象である。高温の酸化物及び鋼材の融体ジェットの水プール中における分裂挙動に関する実験を行った。目的は、ジェット分裂長さ及び分裂によって生じる融体液滴のサイズ分布,これらに対する融体物性の影響に関するデータを得ることである。また、融体ジェット分裂機構の検討に有用な、融体ジェットを取り巻く蒸気カラムの流れの強さや、これと融体液滴サイズの関係に関するデータの取得を試みた。実験では酸化ジルコニウム・酸化アルミニウム混合物とステンレス鋼の融体ジェット(水面で直径
17mm,速度7.8m/s)を深さ2.1m又は0.6mで種々のサブクール度を持つ水プールに落下させた。 本実験の結果及び既存の実験データを用いた検討により、融体ジェット分裂長さ,融体ジェットが完全に分裂しない浅いプールの場合の分裂割合、及び、ジェット分裂によって生じる融体液滴サイズに関する相関式を得た。
森山 清史; 中村 秀夫; 丸山 結
Proceedings of 6th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics, Operations and Safety (NUTHOS-6) (CD-ROM), 18 Pages, 2004/10
軽水炉のシビアアクシデントにおいて水蒸気爆発が格納容器健全性に及ぼす影響を評価するため、原研では水蒸気爆発解析コードJASMINEを開発している。融体としてアルミナとコリウムを用いた水蒸気爆発実験,KROTOS-44, 42, 37及びFARO-L33について、JASMINEコードによる解析を行った。解析では、融体細粒化に関するモデルパラメータを変更せず、粗混合における両材料の挙動の違いに基づいて、アルミナとコリウムの水蒸気爆発の強度の違いを再現することができた。コリウムの場合、粗混合時の固化割合が高く、またボイド率が大きいことが解析で示され、これらが水蒸気爆発の挙動の違いの主たる要因であると考えられる。
笠原 三紀夫*; Ma, C.-J.*; 奥村 智憲*; 小嶋 拓治; 箱田 照幸; 酒井 卓郎; 荒川 和夫
JAERI-Review 2003-033, TIARA Annual Report 2002, p.270 - 272, 2003/11
雪は、その結晶化における不均一核生成過程でエアロゾルとともに大気中の物質を捕捉し移動させる。しかし、いろいろな結晶構造を持つ集合体であるために、このような環境浄化機能を雨滴と直接比較することは困難である。このため、乳化剤を塗布したフィルム上で雪試料を固定化することにより、個々の粒子のレプリカ試料を調製した。そして、原研のマイクロPIXE分析及び京大のPIXE分析により、雪の物質捕捉機能と化学的性質を調べた。この結果、以下のことがわかった。(1)雪結晶粒の大きさ(外周円の直径)は0.12-2.5mmであること,(2)六角形から樹枝状に成長すること,(3)捕捉された元素は主として、Si, S, K, Ca, Fe, Sであること,(4)結晶粒の大きさと捕捉元素質量とには相関関係があること。これらから、雪の単結晶内外の元素の化学的内部構造と混合状態を推定することができた。
森山 清史; 中村 秀夫; 平野 雅司
日本機械学会第8回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集, p.209 - 214, 2002/06
これまでに蒸気爆発に関する実験で得られた知見を整理した。また、蒸気爆発の各過程に関して実炉規模評価の手法とそこに含まれる不確かさの重要度について検討を行った。その結果、実験的知見の不足している領域として、粗混合における融体ジェット分裂過程を取り上げることにした。これに基づき、原研では深い水プール内での蒸気爆発粗混合過程について、高温の酸化物融体を用いて模擬する実験を計画している。実験に使用する融体材料とスケールについて実炉現象模擬性の観点で検討し、適切な条件を実現できる見通しを得た。
森山 清史; 丸山 結*; 中村 秀夫
Journal of Nuclear Science and Technology, 39(1), p.53 - 58, 2002/01
被引用回数：8 パーセンタイル：47.85(Nuclear Science & Technology)水蒸気爆発の粗混合過程における粗混合溶融炉心量を簡易的に評価するモデルを提案した。これは溶融物ジェットの水中での分裂と発生した粒子の沈降及び冷却に基づくものである。本モデルをKROTOS実験のアルミナ及びコリウム溶融物のケースに適用すると、アルミナとコリウムの粗混合状態では溶融粒子の割合が大きく異なる結果となった。これは両物質における水蒸気爆発の発生し易さの相違の原因の一つを示唆したものと考えられる。本モデルをPWRの格納容器内水蒸気爆発の条件に適用すると、約20秒で圧力容器から100tの溶融炉心が流出した時点で、粗混合状態にある溶融炉心は5~10t程度であるという見通しが得られた。
岩井 保則; 山西 敏彦; 西 正孝
Journal of Nuclear Science and Technology, 36(1), p.95 - 104, 1999/01
被引用回数：12 パーセンタイル：66.16(Nuclear Science & Technology)中空糸膜を用いた排ガス中の水素ガス回収システムの定常シミュレーションモデルを提案した。このモデルでは膜の非多孔質部分の拡散、支持構造体中の拡散及び膜表面におけるガス境膜内の拡散を考慮した。システムのガス流れとしては、十字流、混合流、向流、並流の4つの流れを想定した。膜透過の物質移動においては膜の非多孔質超薄膜層が律速段階となっており、全体の物質移動の約99%を支配していることが明らかとなった。当研究室においておこなわれた窒素-水素系あるいは空気-水素系の実験結果は流量10m
/h、供給圧2580Torr、透過圧80Torrの実験条件において、十字流モデルの結果と一致することが明らかとなった。又水蒸気が混在する空気中からの水素回収において水素回収率は計算結果とよく一致するが水蒸気の回収率は計算値が若干低くなった。この原因は水蒸気の透過係数の不確定性が考えられる。
山野 憲洋; 森山 清史; 丸山 結; H.Park*; Y.Yang*; 杉本 純
Nucl. Eng. Des., 189(1-3), p.205 - 221, 1999/00
被引用回数：4 パーセンタイル：34.76(Nuclear Science & Technology)原研のALPHA計画において、溶融物ジェットの分散及び細粒化について調べるための実験(MJB実験)を行った。最初の2回の実験で鉛-ビスマス共晶合金の溶融物ジェットを飽和温度の深い水プールに落下させ、水蒸気発生率を計測して高速度カメラによる観測と比較検討した。また、ジェットの分散長とデブリの粒径分布を調べた。さらに、ALPHA計画では水蒸気爆発過程のシミュレーションのために数値解析コードJASMINEを開発している。コードに組み込んだ溶融物のジェット及び粒子の分散モデルの有効性を調べるため、MJB実験及びイタリアで行われたFARO実験の解析を行った。
渡辺 正; 海老原 健一
Nucl. Eng. Des., 188(1), p.111 - 121, 1999/00
被引用回数：6 パーセンタイル：45.48(Nuclear Science & Technology)二相流の界面積濃度の変化を数値的に評価するために、粒子法のひとつである格子ガス法により二次元の典型的な流れ場における相分離及び混合のシミュレーションを行った。二種類の粒子を用いるimmiscible格子ガス法により二相を表現し、均一に混合した状態を初期値とするクェット流れ、層状に分離した状態を初期値とするキャビティー流れを計算し、界面積濃度の変化を調べた。同一の粒子で占められた格子領域を相内部、それ以外を相間と定義し相間領域の割合を界面積濃度とした。いずれの流れ場においても系の代表速度である壁面のすべり速度により界面積濃度が増加し、また定常状態においては壁速度と界面積濃度が相関づけられることが明らかとなった。これにより数値的な相関式の可能性が示された。
A.R.Antariksawan*; 森山 清史; H.Park*; 丸山 結; Y.Yang*; 杉本 純
JAERI-Review 98-012, 66 Pages, 1998/09
JAERI-Review-98-012.pdf:3.36MB
蒸気爆発とは、高温液体(燃料)が低温の揮発性液体(冷却材)にその内部エネルギーを与え、低温液が急速に蒸発して高圧を発生し、周囲に仕事を与える過程である。蒸気爆発は従来から4段階の過程、すなわち初期粗混合、トリガリング、伝播及び膨張の過程から成ると考えられており、20年以上の間研究が行われて来たが、基礎的物理の未解明な部分が残されており、研究が継続されている。本報告は、初期粗混合及び伝播過程に関する最近の研究についての情報を収集したものである。実験では実燃料を用いた大規模なもの(~150kg)に重点が置かれている。解析コードの検証のため、固体粒子を用い境界条件を明解にした単純な体系の実験も行われている。解析コードは一般に多相・多次元のより洗練されたものになっているが、物理モデルの不十分な部分があり、更に改良を要する。
山澤 弘実; 古野 朗子; 茅野 政道
Atmospheric Environment, 32(24), p.4343 - 4349, 1998/00
被引用回数：5 パーセンタイル：17.41(Environmental Sciences)WSPEEDIの長距離拡散モデルの性能を、混合層モデル化と入力データの時間・空間分解能との関連で調べた。比較のための基準データとして、ETEXラン1の地上濃度分布を用いた。解析の結果、モデル性能は混合層モデル化及び入力データ分解能には大きく依存せず、モデル運用時に入力可能な低分解能入力データを用いても、モデル性能は十分に実用的であることが示された。しかし、用いている拡散のパラメタリゼーションは、拡散を大きく見積もる傾向があり、最大濃度の過小評価傾向が指摘された。また、同じ理由により、スケールの小さい濃度分布が不明瞭になる。モデルの性能向上のためには、より詳細な拡散パラメタリゼーションが必要である。
山澤 弘実; 茅野 政道; 古野 朗子
ETEX Symp. on Long-Range Atmospheric Transport,Model Verification and Emergency Response, p.191 - 194, 1997/00
WSPEEDIで用いられている長距離拡散モデルの性能を、境界層のモデル化と入力データの時間、空間分解能との関連で調べた。その結果、境界層高度が1km以下では、モデルの性能は境界層高度の変化に対してわずかに依存する程度であることが示された。入力データの分解能に関しては、緯度経度で2.5°以下であれば、モデル性能の空間分解能依存性は小さく、入力データの時間間隔が12時間以下では、モデル性能は大きく変化しないことが示された。以上より、現在のモデル仕様は実用的である。
SiO
crystals鄭 和翊*; 横田 英嗣*
Opt. Rev., 4(6), p.683 - 685, 1997/00
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Optics)単結晶BiSiOはフォトリフラクティブ材料として、X線画像記録素子、位相共役波発生素子、実時間ホログラムなどへの応用が考えられている。この論文では任意の波長(近紫外光からX線まで)で変調可能なホログラムの読み出し法に関して、新しい提案を行っている。この新しい方法では結晶の異方性と書き込まれるホログラムの異方性を利用してホログラムの読み出しを簡素化している。またこの方法は高いエネルギーフォトンによる変調時に要求される、比較的うすいホログラムに対して非常に有効である。論文では実験と理論の両面からアプローチし、この新しい読み出し法を両面から実証している。
阿部 弘亨; 楢本 洋; 北條 喜一; 古野 茂実
JAERI-Research 96-047, 18 Pages, 1996/09
JAERI-Research-96-047.pdf:0.96MB
原研高崎研イオン照射研究施設に設置された加速器結合型電子顕微鏡、及び材料科学への応用についての概説。本装置は400kVイオン注入装置と40kVイオン照射装置、ならびに400kV電子顕微鏡から成る。現在までに進行している研究テーマのうち、黒鉛の照射誘起非晶質化、金属/シリコン界面のイオンビームミキシング、マグネシアの照射損傷、スピネルの電子/イオン同時照射効果について概説した。
