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報告書

大口径配管エルボ部における流動剥離現象に関する基礎研究; 平成19年度研究報告

岩本 幸治*; 十河 基介*; 相澤 康介; 中西 繁之*; 山野 秀将

JAEA-Research 2010-009, 58 Pages, 2010/06

JAEA-Research-2010-009.pdf:31.02MB

ナトリウム冷却大型高速炉の1次系大口径配管の設計検討に資するためにホットレグを模擬した1/10縮尺試験装置による実験を行い、また同一条件に対する数値解析を行った。圧力測定により、本装置ではレイノルズ数50000以上で圧力損失が従来からの実験式、つまり曲がり管内の境界層が乱流になっている場合の圧力損失に一致することが示された。可視化試験により、曲がり角45$$^{circ}$$付近を始点、エルボ出口から管内径の0.3倍だけ下流を終点とする領域にはく離域が存在することがわかった。また、エルボ出口部でのはく離域の周方向幅が管内径の0.17倍になることも明らかにした。さらに管軸方向速度のFFT解析を実施し、エルボ下流において速度せん断層付近ではストロハル数にして約1.0(3.2Hz)、曲がりの内側に発生するはく離域及びその下流では約0.5(同1.6Hz)の振動が発生することを示した。非定常解析を実施して、可視化試験結果の流況をおおむね捉えていることを確認した。

論文

Development of passive shutdown system for SFR

中西 繁之*; 細谷 拓三郎; 久保 重信*; 小竹 庄司; 高松 操; 青山 卓史; 碇本 岩男*; 加藤 潤悟*; 島川 佳郎*; 原田 清*

Nuclear Technology, 170(1), p.181 - 188, 2010/04

 被引用回数:12 パーセンタイル:26.04(Nuclear Science & Technology)

ナトリウム冷却高速増殖炉のための自己作動型炉停止系(SASS)は、異常な過渡変化時のスクラム失敗事象(ATWS)時に冷却材温度の上昇を感知して制御棒を切り離し、重力落下により炉内に挿入する受動的安全機能である。SASSの基本特性を調査するため、既にさまざまな炉外試験を実施し、「常陽」を用いた炉内雰囲気での制御棒の切離し・再結合動作を行う保持安定性実証試験を実施した。また、SASS構成材料への照射影響を確認するため、要素照射試験を実施中である。さらに、JSFRのリファレンス炉心に対するSASSの有効性を確認するため、ATWS事象の安全解析を実施した。その結果、JSFRに信頼性のある受動的炉停止機構を採用できることを確認した。

報告書

高速炉冷却系配管における流れの剥離現象に関する基礎研究; 高レイノルズ数領域におけるマルチエルボ内複雑流動構造の解明(先行基礎工学研究に関する平成19年度共同研究報告書)

結城 和久*; 橋爪 秀利*; 中西 繁之*; 相澤 康介; 山野 秀将

JAEA-Research 2009-017, 55 Pages, 2009/08

JAEA-Research-2009-017.pdf:16.5MB

東北大学では、コールドレグ配管で発生する非定常流動メカニズムを明らかにし、さらにスケール効果を調べるため、実機の1/15縮尺試験と1/7縮尺試験が実施される。1/15縮尺試験については、平成19年度は2段エルボ体系で試験を行った。Re数は43000であり、エルボへの流入条件は完全発達乱流である。まず、全体的な流動構造として、第1エルボの内側で剥離が発生し、第2エルボでは1つの旋回流が形成されることが確認された。また、第1エルボ剥離域の終端部近傍で発生した非定常な流動が成長しながら下流方向に輸送され、第2エルボの管中央部に流入していることを指摘した。一方、1/7試験装置は作動流体が水であり、平成19年度は大流量条件を達成するための試験装置の設計と各コンポーネントの製作を実施した。原子力機構では、実機設計の成立性評価に向けて解析評価手法の開発を進めている。平成19年度は商用熱流動解析コードFLUENTを用いて1/15縮尺流動試験解析を実施し、可視化試験結果と流速分布の傾向はおおむね一致していることが示された。

論文

Study on flow-induced-vibration evaluation of the large-diameter pipings in a sodium-cooled fast reactor, 3; Random vibration analysis method based on turbulence energy calculated by CFD

廣田 和生*; 石谷 嘉英*; 西田 圭吾*; 佐郷 ひろみ*; Xu, Y.*; 山野 秀将; 中西 繁之; 小竹 庄司

Proceedings of 6th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-6) (USB Flash Drive), 8 Pages, 2008/11

配管への乱流励振力を評価するため、レイノルズ応力モデルを用いてCFDシミュレーションを実施した。CFDシミュレーションで計算された乱流エネルギーは、JSFRのホットレグ配管を模擬した1/3スケール水試験で得られた圧力変動分布と比較された。その結果、解析で得られた壁面近傍の乱流エネルギー分布と試験で得られた圧力変動分布がよく一致することが示された。また、試験で得られた圧力変動の大きさは、解析結果の乱流エネルギーにある係数を乗じることにより概算できた。振動解析では、圧力変動PSDは計測された正規化PSDに係数を乗じることにより導き出された。本研究により、乱流励振力の相関長と上記の手順で導き出されたPSDに基づいた振動解析手法を提案した。振動応答の解析結果は流力振動試験結果とよく一致することが示されたことから、本研究では開発された評価手法が妥当であると言える。

論文

Study on flow-induced-vibration evaluation of large-diameter pipings in a sodium-cooled fast reactor, 1; Sensitivity analysis of turbulent flow models for unsteady short-elbow pipe flow

相澤 康介; 中西 繁之; 山野 秀将; 小竹 庄司; 早川 教*; 渡辺 収*; 藤又 和博*

Proceedings of 6th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-6) (USB Flash Drive), 7 Pages, 2008/11

JSFRで用いられるショートエルボ内の流力振動を評価するうえで、解析評価は必須である。本研究では、ショートエルボ内非定常流動に対する乱流モデルの解析を実施した。乱流モデルはLESとRSMの二つを検討することとし、両乱流モデルについて離散化手法,壁関数,メッシュ分割等をパラメータとして解析を実施し、1/3スケール水試験結果を再現できる解析モデルを選定した。両乱流モデル解析とも、エルボ下流における渦放出の非定常挙動及び剥離内の逆流を再現でき、また試験では確認できなかった剥離のスパン方向の揺らぎを明らかにした。剥離域内の圧力変動レベルは両解析と試験間でおおむね一致しているが、圧力変動のPSDについては、試験で観測された10Hz付近の卓越周波数をLESは再現できないが、RSMはよく捉えることがわかった。

論文

Development of advanced loop-type fast reactor in Japan, 5; Adoption of self-actuated shutdown system to JSFR

中西 繁之; 久保 重信*; 高松 操; 碇本 岩男*; 加藤 潤悟*; 島川 佳郎*; 原田 清*

Proceedings of 2008 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '08) (CD-ROM), p.519 - 525, 2008/06

自己作動型炉停止機構(SASS)は、異常な過渡変化時のスクラム失敗事象(ATWS)時に冷却材温度の温度上昇により制御棒を切離し、重力により炉内に挿入する受動的安全機能である。SASSの基本特性を調査するため、既にさまざまな炉外試験を実施し、そして「常陽」での制御棒の切離し・再結合動作を実施する実炉環境下での保持安定性実証試験を実施した。また、SASSに用いる材料の照射による影響がないことを確認するため、要素照射試験を実施中である。さらには、JSFRのリファレンス炉心に対するSASSの有効性を確認するため、ATWS事象の安全解析を実施した。結果として、JSFRに信頼性のある受動的炉停止機構を採用できることを確認した。

論文

A Modular metal-fuel fast reactor with one-loop main cooling system

近澤 佳隆; 岡野 靖; 此村 守; 佐藤 浩司; 澤 直樹*; 住田 裕之*; 中西 繁之*; 安藤 将人*

Nuclear Technology, 159(3), p.267 - 278, 2007/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:86.85(Nuclear Science & Technology)

小型炉は小型特有の合理化対策,設計規格化,習熟効果により投資及びR&Dリスクを削減しつつ大型炉に匹敵する経済性を達成する可能性がある。ここでは多数基設置時において大型炉と同等の経済性を達成する可能性のある300MWeナトリウム冷却小型炉の概念設計を実施した。燃料型式はPu-U-Zr3元合金の金属燃料、炉心型式は金属燃料において炉心出口温度550$$^{circ}$$Cを達成可能なZr密度含有率2領域単一Pu富化度炉心を採用した。冷却系は電磁ポンプを直列2基設置することにより、1ループ化し、1次系電磁ポンプは中間熱交換器内部に組み込む方式とした。燃料貯蔵設備は原子炉建屋容積低減を考慮して原子炉容器内貯蔵(IVS)として、使用済燃料の4年間貯蔵を想定した貯蔵容量を確保した。また、1主冷却系1ループ化については最も厳しいと考えられる配管破断を想定した過渡解析により成立性を評価した。発電プラント初号基とそれに対応した小規模の燃料製造・再処理設備の組合せによる実証設備における建設費評価を行い、小規模かつ商用運転に転用可能な設備において燃料サイクル全体の工学規模における実証が可能であることを示した。

論文

MOX Co-deposition tests at RIAR for SF reprocessing optimization

小藤 博英; 佐藤 史紀; 明珍 宗孝; 中西 繁之*; Kormilitsyn, M. V.*; Ishunin, V.*; Bychkov, A. V.*

Journal of Nuclear Science and Technology, 44(3), p.349 - 353, 2007/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:56.65(Nuclear Science & Technology)

酸化物電解法は将来の燃料サイクルシステムにおける乾式再処理の候補技術として研究されている。酸化物電解法の中心工程であるMOX共析工程において、技術の実現性を確認するための基礎試験を実施した。試験においては要求されるMOX顆粒を得るために、UやPu濃度,FP濃度,CP濃度,吹き込みガス組成等をパラメータとして設定した。試験の結果、不要な沈殿を生じることなく高いPu富化度の顆粒を得るためには、電解中に吹き込むガス組成が重要なパラメータであることが確認された。また、最終的に使用済燃料を用いた試験により、MOX共析電解制御手法の妥当性が確認された。

論文

酸化物電解法MOX電解共析の反応解析

佐藤 史紀; 水口 浩司; 中西 繁之; 明珍 宗孝

日本原子力学会和文論文誌, 5(4), p.268 - 281, 2006/12

酸化物電解法の主工程の一つであるMOX電解共析に関して、試験及び解析の両面による検討を行った。まず基礎試験として、U-Puを用いたパラメーター試験を実施し、溶融塩の分極特性,電流効率,析出物中PuO$$_{2}$$濃度等の基礎的なデータを取得した。また、これと合わせて公開文献より入手した物性値を用い、電解挙動、特に溶融塩の分極特性に関するモデル化を試みた。このモデルについては、実際の試験結果に関する解析を行い、妥当性を確認した。最後に、開発したモデルを用いてMOX電解共析の制御因子に関する検討を行った。

論文

A Modular metal fuel fast reactor enhancing economic potential

近澤 佳隆; 岡野 靖; 此村 守; 佐藤 浩司; 安藤 将人*; 中西 繁之*; 澤 直樹*; 島川 佳郎*

Proceedings of 2006 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '06) (CD-ROM), 8 Pages, 2006/06

小型炉は小型特有の合理化対策,設計規格化,習熟効果により投資及びR&Dリスクを削減しつつ大型炉に匹敵する経済性を達成する可能性がある。ここでは多数基設置時において大型炉と同等の経済性を達成する可能性のある300MWeナトリウム冷却小型炉の概念設計を実施した。燃料型式はPu-U-Zr$$_{3}$$元合金の金属燃料,炉心型式は金属燃料において炉心出口温度550$$^{circ}$$Cを達成可能なZr密度含有率2領域単一Pu富化度炉心を採用した。冷却系は電磁ポンプを直列2基設置することにより、1ループ化し、1次系電磁ポンプは中間熱交換器内部に組み込む方式とした。燃料貯蔵設備は原子炉建屋容積低減を考慮して原子炉容器内貯蔵(IVS)として、使用済燃料の4年間貯蔵を想定した貯蔵容量を確保した。NSSS物量は1186ton,建屋容積は65100m$$^3$$と評価され同等の出力である原型炉の207000m$$^3$$より大幅に小さくなった。高速増殖炉サイクル実証については、本概念と3.3tHM/y再処理・燃料製造設備を想定し、比較的少ない投資により高速炉サイクル商用化を実証できる可能性のあることを示した。

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