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報告書

水プール直接貯蔵方式における使用済燃料冷却特性の検討

藤井 正; 堀 徹; 此村 守; 堺 公明; 小川 伸太; 大木 義久; 大久保 良幸

JNC-TN9400 2002-049, 78 Pages, 2002/09

JNC-TN9400-2002-049.pdf:3.72MB

実用化戦略調査研究において概念設計を進めているナトリウム冷却大型炉では、燃料取扱設備の簡素化を図る候補概念として、水プール直接貯蔵方式を検討している。 本概念では、取扱う集合体の崩壊熱量が比較的高い条件(実証炉の炉外貯蔵方式の約4.5倍である18KW)となるため、通常時でのプール浸漬過程や、プール移送中の事故を想定した上部からの注水過程における冷却特性に関する知見が不足している。このため、高発熱燃料の冷却特性を把握することが、プラント概念の成立性を左右する熱流動課題の一つとして指摘されていた。今回、単ピン体系での試験装置を用いて、燃料ピンの熱的条件、集合体出口形状、浸漬速度等をパラメータとした試験を実施し、冷却特性に関して、実機設計に反映できる以下のような基礎的データを取得した。・通常浸漬時の沸騰挙動の可視化やヒータピンの温度変化等により、通常浸漬時の冷却形態を同定した。・ヒータ初期温度と出口部閉塞率が、発熱部全体の冷却終了時間に対する支配因子となる。・試験中のヒータ温度上昇の最大値は、通常浸積時で約4K、注水時に約6Kと小さく、有意な温度上昇を伴うことなく冷却できる。・通常浸漬時には、出口部閉塞率を大きくした条件でも、試験体上部圧力が下部圧力を上回ることはなく、発熱部への水位上昇は阻害されない。

報告書

高速炉燃料集合体ポーラス状局所閉塞事象の研究; 37本ピンバンドルナトリウム試験の事前サブチャンネル解析

飯塚 透; 大木 義久; 川島 滋代*; 西村 元彦; 磯崎 正; 上出 英樹

PNC-TN9410 98-022, 58 Pages, 1998/03

PNC-TN9410-98-022.pdf:1.72MB

高速炉の集合体内局所事故の安全評価において、微小粒子による厚みのあるポーラス状閉塞を想定した場合、閉塞領域内被覆管のホットスポットの発生位置及び温度を予測することが重要となる。このような課題を念頭に置き、ポーラス状閉塞の熱流動特性を総合的に評価するため、筆者らは、37本ピンバンドルに閉塞物を設置したナトリウム試験(以下、ナトリウム試験と略)を実施する予定である。ナトリウム試験に先立ち、水を作動流体として閉塞物単体の圧力損失測定試験を実施し、閉塞物の圧力損失評価式を求めた。また、ナトリウム試験の試験条件の設定に資することを目的として、ポーラス状閉塞をモデル化することが可能なサブチャンネル解析コードASFRE-IIIによる事前解析を実施した。その結果、今回のナトリウム試験の検討範囲(ヒータピン出力100$$sim$$400W/cm、流量200$$sim$$480l/min)では、最高温度と入口温度との差は出力/流量比にほぼ比例し、ナトリウム試験における目安制限温度650$$^{circ}$$Cを超える加熱条件は、出力/流量比が0.75(W/cm)/(l/min)以上の場合であるとの予測結果を得た。また、解析結果に基づき、試験条件からヒータピン最高温度が予想できるマップを作成した。

報告書

超音波による流速分布計測手法の高度化研究

平林 勝; アキラ トーマス トクヒロ; 林田 均; 小林 順; 大木 義久; 荒 邦章

PNC-TN9430 98-002, 29 Pages, 1998/01

PNC-TN9430-98-002.pdf:1.25MB

原子炉工学室では、超音波流速分布測定装置をナトリウムに適用する研究を実施している。現時点では、高温用の超音波トランスデューサを開発し、ナトリウム中の流速分布測定に適用可能なことを確認しているが、今後、解析コードの検証用としても充分な精度をもったデータを取得するためには超音波の散乱現象に対する基礎的な試験も含めた研究が必要であり、最適な信号処理技術の開発が必要である。本報では、原子炉工学室で実施した超音波流速分布測定装置によるナトリウムの流速分布測定結果に対する考察を行うとともに、超音波を用いた計測の基礎理論の現状技術および課題という視点からまとめ、それを踏まえて超音波による流速分布測定手法の高度研究実施する。

報告書

Implementation of a Particle Image Velocimetry (PIV) system; An example application of PIV to wake-flows behind objects

Tokuhiro, Akira; 菱田 公一; 大木 義久

PNC-TN9410 96-275, 59 Pages, 1996/10

PNC-TN9410-96-275.pdf:1.66MB

粒子画像流速測定法(PIV)は,流れの中のトレーサー粒子の挙動を画像として記録することにより,流体の流れを測定する技術である。粒子は各フレーム毎に痕跡が記録され,相互相関により,2次元の流速場を得ることが出来る。これにより,3次元の流速場の測定も可能である。この測定法の画像処理にはコンピュータ,CCDカメラ,レーザー光が必要である。レーザーシートは流速場を得るべき面の粒子を発光させるために使用され,粒子と周辺流体とのコントラストを顕著にする。また,トレーサー粒子と流体や流体中を上昇する気泡界面などのレーザー光の反射面をより区別する手法としてレーザー誘起蛍光法(LIF)の適用の考えられる。LIFによる温度場の測定も可能である。本書では,PIVの導入方法について適用事例を通して述べる。適用事例としては,気泡とそれと同等な個体の後流についての試験を行った結果を示す。気泡モデルとして,幅と体積が気泡と同等である個体モデルにより近似できるものとした。この2成分2相流により空間的,時間的に変化する流れに対してのPIVの適用を実証することが出来る。さらに流れ場中の気泡や個体の画像を得るために,赤外線投影法を使用した。レーザーと赤外線の画像をCCDカメラで同時に撮影することにより,流れ場と物体の影を同時に記録できた。2次元流速場と共に,渦度,レイノルズ応力,乱流運動エネルギー(tke)分布を算出した。水による,正方流路内(100mm)対向流(Uavg~0.246m/sec)中に約10mm径の空気泡を入れた試験を行い,次の結果を得た。1)PIVは,気泡とそれと等価な大きさの個体の後方での後流について流れの違いを確認することが出来た。違いは気泡と個体の表面境界条件の違いにより生じるものである。2)気泡後方の後流場は,気泡の振動により空間的,時間的に変化する。すなわち,流速,渦度,乱流運動エネルギー分布は,振動挙動を伴った変化をする。3)気泡は,自分自身の運動によるエネルギー損失を最小にするように振る舞うため,乱流運動エネルギーを後流域に一様に分配するが,個体の場合では,乱流運動エネルギーは個体のごく近傍の制限された領域に分配される。しかしながら,乱流運動エネルギーの値はほぼ同じオーダーであることから,2つのケースでは乱流運動エネルギー散逸のメカニズムが異なっていると推測できる。また,PIVと超音波流速測定法により得られた一部の流速データに関して比較を行った。

報告書

「常陽」高性能炉心の流量調節機構のキャビテーション試験

工藤 文夫*; 佐藤 保廣*; 久我 正二*; 大木 義久*

PNC-TJ9214 88-007, 119 Pages, 1988/12

PNC-TJ9214-88-007.pdf:1.87MB

「常陽」高性能炉心の成立性の検討の一環として、連結管およびエントランスノズルのオリフィス孔による流量調節機構の流動特性を把握するとともにキャビテーション発生の有無について観察を行った。キャビテーションの発生は、永久構造物となる連結管において重要である。従って、主に連結管オリフイス孔からのキャビテーション(付着形)の有無に着目して観察を行った。付着形キャビテーションの発生は、第5列炉心領域において認められた。このキャビテーションに対する抑制対策としてエントランスノズル2段目のオリフイス孔を大きくしたエントランスノズルについて試験を行った。その結果、連結管からのキャビテーションの発生は観察されなくなった。これから、設計上最も厳しい第5列炉心領域の連結管のキャビテーション対策の見通しを得ることができた。

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