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報告書

高速増殖原型炉「もんじゅ」詳細設計におけるナトリウム燃焼解析(研究報告書)

岡部 綾夫; 大貫 康二; 菊池 裕彦; 内橋 昌也; 西林 洋平; 池田 真輝典; 三宅 収

JNC-TN2400 2003-005, 62 Pages, 2004/03

JNC-TN2400-2003-005.pdf:2.41MB

高速増殖原型炉「もんじゅ」のナトリウム漏えい対策について,詳細設計の妥当性を確認するため,ナトリウム燃焼解析コード ASSCOPS version 2.1 を使用し,2次主冷却系設備におけるナトリウム漏えい時の床ライナへの影響解析(ナトリウム燃焼解析)を実施した。本報告書は,ナトリウム燃焼解析で得られた床ライナ温度及び水素濃度等をまとめたものである。詳細設計構造を反映したナトリウム燃焼解析の結果,大規模及び中規模のナトリウム漏えい時の配管室の床ライナの温度上昇は,低減されることを確認した。また,流出・移送過程において,ナトリウムと水分との反応により生成された水素濃度の最高値は,水素燃焼に関する判断基準の4%未満にとどまることが確認された。貯留後のナトリウムプール中におけるナトリウムと水酸化ナトリウムの反応による水素濃度の最高値についても,同様に,判断基準の4%未満にとどまることが確認された。

報告書

蒸気発生器伝熱管の高温ラプチャ型破損評価手法の整備と適用(Ⅳ)

三宅 収; 浜田 広次; 田辺 裕美; 和田 雄作; 宮川 明; 岡部 綾夫; 中井 良大; 広井 博

JNC-TN2400 2003-003, 225 Pages, 2004/02

JNC-TN2400-2003-003.pdf:40.45MB

高速増殖炉の蒸気発生器における伝熱管破損事故(ナトリウム-水反応事故)の評価に関連して、事故発生時の高温ラプチャ型破損による隣接伝熱管への破損伝播の有無に係る評価手法を整備した。また、この評価手法を用いて「もんじゅ」蒸気発生器伝熱管の健全性を評価した結果について整理した。

報告書

高速増殖原型炉「もんじゅ」2次主冷却系設備におけるナトリウム燃焼解析(II)

岡部 綾夫; 大野 修司; 中井 良大; 江橋 政明

JNC-TN2400 2003-002, 49 Pages, 2004/02

JNC-TN2400-2003-002.pdf:0.72MB

高速増殖原型炉「もんじゅ」のナトリウム漏えい対策について設計の妥当性を確認する際の判断材料を得るため、ナトリウム燃焼解析コード ASSCOPS version 2.1 を使用し、2次主冷却系設備におけるナトリウム漏えい時の建物や床ライナへの影響解析(ナトリウム燃焼解析)を実施した。本報告書は、ナトリウム燃焼解析で得られた雰囲気圧力、床ライナ温度及び水素濃度等をまとめたものである。

報告書

蒸気発生器伝熱管の高温ラプチャ型破損評価手法の整備と適用(3)

三宅 収; 浜田 広次; 田辺 裕美; 和田 雄作; 宮川 明; 岡部 綾夫; 中井 良大

JNC-TN9400 2001-130, 235 Pages, 2002/03

JNC-TN9400-2001-130.pdf:7.05MB

高速増殖炉の蒸気発生器における伝熱管破損事故(ナトリウム-水反応事故)の評価に関連して、事故発生時の高温ラブチャ型破損による隣接伝熱管への破損伝播の有無に係る評価手法を整備した。また、この評価手法を用いて「もんじゅ」蒸気発生器伝熱管の健全性を評価した結果について整理した。主な内容は以下の通りである。 (1)伝熱管材料強度については、時間依存のクリープ破断強さを強度評価の基本とすることとし、2・1/4Cr-Mo鋼の摂氏700度$$sim$$摂氏1200度のクリープ試験データを取得し、それに基づく評価基準値を策定した。また、この評価基準値が誘導加熱による伝熱管破損模擬試験結果とも整合することを確認した。(2)ナトリウム-水反応による反応域と管外熱伝達率を求め、反応域モデルとしてコサイン温度分布を設定した。(3)伝熱管内の冷却条件(水・蒸気の伝熱相関)については、ヘリカルコイル型蒸気発生器の伝熱相関式に加え、限界熱流束(CHF)相関式並びにPosr-CHF伝熱相関式を組合せて設定した。(4)整備した評価手法を用いて、SWAT-3試験及び米国LLTR試験条件の解析を行い、本評価手法に十分な保守性があることを確認した。また、1987年の英国PFR事故で高温ラブチャ型破損が生じた原因と事故後に行われた改造の有効性について、上記評価手法を適用して定量的に示した。 (5)この評価手法を採用した「もんじゅ」蒸気発生器に関する解析では、カバーガス圧力計信号によって伝熱管破損を検出した場合、カバーガス圧力計検出の機能強化と水ブローの性能強化を図った設備改造後の「もんじゅ」において給水流量を定格、40%給水、10%給水運転条件のいずれのケースとした場合でも隣接する伝熱管に高温ラプチャ型の破損伝播が発生しないことを確認した。

報告書

蒸気発生器伝熱管の高温ラプチャ型破損評価手法の整備と適用(2)

三宅 収; 浜田 広次; 田辺 裕美; 岡部 綾夫; 宮川 明

JNC-TN9400 2001-099, 76 Pages, 2001/11

JNC-TN9400-2001-099.pdf:2.13MB

高速増殖炉の蒸気発生器(以下、SGと略す)における伝熱管破損事故(ナトリウム-水反応事故)の高温ラプチャー型破損の評価手法とその適用については、既に JNC技術報告書「蒸気発生器伝熱管の高温ラプチャ型破損評価手法の整備と適用」にまとめられている。本報告書では、上記報告書以降に検討を行った以下の事項をとりまとめた。 (1)ナトリウム-水反応評価条件について、SWAT-3試験データに基づき、より現実的な熱的条件 (反応度及び局所的伝熱管加熱条件)を与える反応域モデルとして、定格運転及び40%給水運転条件に対しては反応温度1170$$^{circ}C$$を最高とするコサイン温度分布、 10%給水運転条件に対しては1110$$^{circ}C$$を最高とするコサイン温度分布を設定した。(2)ナトリウム-水反応の管内冷却条件について、ヘリカルコイル型SGの伝熱相関式に加え、軽水炉における研究成果を調査し、限界熱流速(CHF)ならびにPost-CHF伝熱相関式を検討した。具体的には、 CHF相関式としては甲藤の式、Post-CHF伝熱相関式としてはCondie-Bengston IVの式とBromleyの式の組み合わせを設定した。(3)その他、ナトリウム-水反応による伝熱管内の水/蒸気の全体的な加熱条件、伝熱管材料物性値の温度依存性等について検討を行った。以上の検討に基づく新評価手法を整備して、新評価手法を採用した実機SG体系の高温ラプチャ解析を行った。その結果、カバーガス圧力計の検出信号によれば定格運転、40%給水運転、10%給水運転条件のいずれのケースでも高温ラプチャが発生しないことを確認した。また、カバーガス圧力検出と水ブローの信頼性向上を図った設備改造後のSG体系の高温ラプチャ解析においても、いずれの運転条件でも伝熱管に高温ラプチャが発生することはなく、高温ラプチャ型破損に対する安全裕度が改善されることが分かった。

報告書

ナトリウム-水反応ジェットコードの反応モデル高度化と適用解析

糸岡 聡*; 斎藤 義則*; 岡部 綾夫*; 藤又 和博*; 村田 秀一*

JNC-TJ9440 2000-010, 132 Pages, 2000/03

JNC-TJ9440-2000-010.pdf:14.85MB

次期高速炉蒸気発生器(SG)伝熱管の合理的設計基準水リーク率(DBI)の設定にあたって、高温ラプチャ評価に重要なナトリウム側温度分布を適切に評価できる手法の開発が必要である。本件においては、ナトリウム-水反応ジェットコード(LEAP-JETVer.1.30)を対象として、さらなる高精度化等を目的とした計算コードの高度化及び妥当性確認を目的とした注水実験体系での適用解析を行った。計算コードの高度化においては、計算メッシュサイズへの依存の少ない化学反応モデルを構築するために、化学反応モデルで参照する気液界面面積濃度を内部計算するモデルを導入した。機能確認のための試計算は、SWAT-3・Run-19試験体系・条件で実施した。改良コード(Ver.1.40)を用いた解析結果により、反応ジェット現象の定性的傾向に対する妥当性と解析結果に及ぼすモデルの影響が確認された。注水実験体系での適用解析では、新SWAT-1試験(SWAT-1R)体系及び新SWAT-3試験(SWAT-3R)体系におけるLEAP-BLOW及びLEAP-JETによる注水挙動及び反応ジェット挙動について解析を実施した。LEAP-BLOWによる適用解析では、各種パラメータ計算を実施し、目標とする水リーク率を得るための注水ノズル口径等に対する条件を明らかにした。また、LEAP-JETによる適用解析では、注水実験条件での反応ジェット温度挙動が把握された。

報告書

LEAPコード用ブローダウンコードの検証 - RELAP5/Mod.2及びBLOOPHコードによる検証 -

糸岡 聡*; 斎藤 義則*; 岡部 綾夫*; 藤又 和博*

JNC-TJ9440 99-024, 142 Pages, 1999/03

JNC-TJ9440-99-024.pdf:7.16MB

高速炉の蒸気発生器の設計基準水リークの妥当性を確認するためにナトリウム-水反応(高温ラプチャ)現象を現実的に評価する必要がある。高温ラプチャは、伝熱管内の水蒸気条件、伝熱管外のナトリウム-水反応温度、伝熱管壁の高温強度と密接に関わる現象であることから、ブローダウン時の伝熱管内の水/蒸気条件を高精度で評価することが重要となる。「もんじゅ」安全総点検対応作業として、「もんじゅ」用コードBLOOPH及び汎用ブローダウンコードRELAP5/Mod.2を用いてブローダウン解析を実施した。本作業では、LEAP用のブローダウン解析コードに「もんじゅ」ブローダウン解析の知見を反映し、ナトリウム側、特にダウンカマ部に着目した計算コードの改良を実施し、LEAP-BLOW(Ver.1.20)を開発した。また、改良したLEAP-BLOWコードを用い、以下に示す「もんじゅ」ブローダウン特性を解析し、既存のRELAP5/Mod.2コード及びBLOOPHコードによる解析結果との比較により、解析コード間の解析結果に有意な差異がないことを確認し、LEAP-BLOWコードの解析結果の妥当性を確認した。1.定格出力からの水ブロー解析(1チャンネル/2チャンネルモデル)2.定格出力からの水ブロー解析(改造設備体系)3.部分出力からの水ブロー解析(40%出力時/起動時)

報告書

ナトリウム-水反応ジェットコードの改良及び試計算

斎藤 義則*; 糸岡 聡*; 岡部 綾夫*; 藤又 和博*; 桜井 智生*

JNC-TJ9440 99-023, 218 Pages, 1999/03

JNC-TJ9440-99-023.pdf:33.77MB

次期高速炉蒸気発生器(SG)伝熱管の合理的設計基準水リーク率(DBL)の設定にあたって、高温ラプチャ評価に重要なナトリウム側温度分布を適切に評価できる手法の開発が必要である。本件においては、ナトリウム-水反応ジェットコード(LEAP-JET Ver.1.20)を対象として、実規模SGへの適用性向上を目的とした計算コードの改良、及び機能確認のための試計算を実施した。コードの改良点は、(1)反応ジェットと構造物(伝熱管群)との熱伝達・冷却効果や解析セル間熱伝達率の評価モデルの導入と、(2)気液二相間熱伝達やポーラスメディアのモデル高度化の2つに関するものである。機能確認のための試計算は、SWAT-3・Run-19試験と実規模SG体系の2つの体系・条件で実施した。改良コード(Ver.1.30)を用いた解析結果により、反応ジェット現象の定性的傾向に対する妥当性と解析結果に与えるモデルの影響が確認された。さらにブローダウン解析コード(LEAP-BLOW)との統合化方法を検討した結果、LEAP-JETはLEAP-BLOWのモデルの一部とみなして統合化することが適切と判断された。また、境界条件設定の改良やLEAP-BLOWの解析結果を反映するためのインターフェイスプログラムを作成することにより、内部冷却水による伝熱管の冷却効果を簡易的に考慮できるようにした。なお、ナトリウム-水反応ジェットコードLEAP-JET(Ver.1.30)は、開発途上のコードであり、今後実施が予定されている新SWAT-1及び新SWAT-3装置を用いた試験データ等による検証とモデルの高度化を図って行く必要がある。

報告書

ナトリウム-水ジェットコードの高速化作業

斎藤 義則*; 糸岡 聡*; 桜井 智生*; 床井 博見*; 岡部 綾夫*; 藤又 和博*

PNC-TJ9124 98-002, 180 Pages, 1998/03

PNC-TJ9124-98-002.pdf:3.8MB

次期高速炉蒸気発生器(SG)伝熱管の合理的設計基準水リーク率(DBL)の設定にあたって、高温ラプチャ評価に重要なナトリウム側温度分布を適切に評価できる手法の開発が必要である。本作業においては、これまでに開発された上記計算コードを対象として、計算速度の向上を目的とした計算コードの改良及び機能確認のための試計算を実施した。高速化対策は、(1)時間積分方法の改良と、(2)化学反応モデル(物性値計算)の簡略化に関するコード改良である。計算速度(負荷)や計算結果への影響について、計算コードの改良前後における解析結果を比較評価した。試計算条件は、高速増殖炉「もんじゅ」(以下「もんじゅ」という)の蒸発器体系のケース1(100%出力条件、通常運転時のSG圧力、ナトリウム流動無し)の条件である。改良コードにおける解析結果により、ボイド率や温度分布等の反応ジェット現象の定性的傾向についての妥当性が確認された。改良コードでは、計算高速化のオプション選択が可能である。陰解法や物性値計算の簡略化のオプションを選択した場合、本コードでは従来コードよりも高速に解析できることが確認された。

報告書

ナトリウム-水反応ジェットコードの整備・解析

斎藤 義則*; 糸岡 聡*; 床井 博見*; 岡部 綾夫*

PNC-TJ9124 98-001, 315 Pages, 1998/01

PNC-TJ9124-98-001.pdf:5.32MB

次期高速炉蒸気発生器(SG)伝熱管の合理的設計基準水リーク率(DBL)の設定にあたって、高温ラプチャ評価に重要なナトリウム側温度分布を適切に評価できる手法の開発が必要である。本作業においては、これまでに開発された反応基本コードを対象として、計算モデルの改良・整備、SWAT-3実験データによる検証解析、及び実機SG体系における適用性評価を実施した。検証解析では、SWAT-3試験のRun-19とRun-17の2ケースに対して解析した。反応ジェット現象の定性的傾向について、解析結果は妥当であった。また、本解析結果と試験結果を比較して、反応速度定数の最適値を推定した。適用性評価では、高速増殖炉「もんじゅ」(以下「もんじゅ」という)の蒸発器体系における出力条件等をパラメータとした5ケースに対して解析した。反応ジェット現象に対する、出力条件・ナトリウム圧力・ナトリウム流動の影響が、解析により確認された。また、実機伝熱管破損時の反応ジェット挙動を詳細に予測することが、初めて可能となった。反応基本コードの計算高速化対策を検討した。開発の容易さと計算負荷の軽減のため、SIMPLE法に基づく完全陰解法の導入が適切と判断された。

報告書

ナトリウム-水反応ジェット解析用基本コードの開発

斎藤 義則*; 糸岡 聡*; 池崎 利弘*; 床井 博晃*; 岡部 綾夫*

PNC-TJ9124 97-007, 189 Pages, 1997/03

PNC-TJ9124-97-007.pdf:4.79MB

次期大型炉蒸気発生器(SG)伝熱管の合理的設計基準水リーク率(DBL)の選定にあたって、高温ラプチャによる破損伝播の可能性を定量的に評価する必要がある。高温ラプチャを含む破損伝播挙動を適切に評価するためには、a)ブローダウン解析モデル、b)高温ラプチャモデル(構造/破壊力学的モデル)、c)反応領域温度分布解析のためのナトリウム-水反応ジェットモデルの開発が不可欠である。本報では、これら全体開発計画の中の、ナトリウム-水反応ジェット解析のための基本となる解析コードを開発した。解析に必要となる化学反応モデルと二相流(二流体)モデルを構築し、さらにこれらのモデルをカップリングさせた反応ジェット解析用の基本コードを開発して、各モデルの妥当性を試計算により確認した。開発コードは、ナトリウム-水反応を伴う二相流噴流の流動解析評価への適用が可能であるとの見通しを得た。

報告書

LEAPコード用ブローダウンコードの改良と検証 -50MWtSGブローダウン試験データとの比較-

糸岡 聡*; 岡部 綾夫*; 藤又 和博*; 市毛 晴夫*

PNC-TJ9124 97-006, 295 Pages, 1997/03

PNC-TJ9124-97-006.pdf:6.03MB

次期大型炉蒸気発生器(SG)伝熱管の合理的設計基準水リーク率(DBL)の選定にあたって、高温ラプチャによる破損伝播の可能性を定量的に評価する必要がある。このためには、SGのブローダウン挙動を適切に評価することが重要となる。また、高温ラプチャの評価にあたっては伝熱管内の水蒸気による冷却効果を適切に評価することが必要であり、水蒸気側の伝熱相関式等の伝熱に関するモデルを適切に選定することが重要である。そこで、軽水炉のLOCA解析で使用されている伝熱相関式の調査を行い、適用可能と考えられる計算モデルを解析コードへ組み込み、解析モデルの高度化を図った。加えて、50MWtSGのブローダウン試験結果を用いて解析コードの検証を行うとともに、最適なモデルの組み合わせを選定した。また、入出力機能の簡易化等の改良を行い、LEAP-BLOWコードの高度化を行った。

報告書

LEAP用ナトリウム-水反応ジェットコードの開発設計

斎藤 義則*; 床井 博見*; 池田 孝志*; 真野 多喜夫*; 岡部 綾夫*

PNC-TJ9124 96-005, 198 Pages, 1996/03

PNC-TJ9124-96-005.pdf:3.41MB

次期大型炉蒸気発生器(SG)伝熱管の合理的設計基準水リーク率(DBL)の選定にあたって,高温ラプチャによる破損伝播の可能性を定量的に評価する必要がある。高温ラプチャを含む破損伝播挙動を適切に評価するためには,a)ブローダウン解析モデル,b)高温ラプチャモデル(構造/破壊力学的モデル),c)反応領域温度分布解析のためのナトリウム-水反応ジェットモデルの開発が不可欠である。本報では,これら全体開発計画の中の,ナトリウム-水反応ジェット解析モデルを開発するために,解析モデルの検討を行いコードを設計した。また,コード開発で必要となる,化学反応モデルと二流体モデルの試計算を行い,これらのモデルの妥当性を確認した。さらに,既往の解析コードとの比較によるコード間の比較検証を実施して,二相流解析で実績の多いSIMA/SMORCコードのモデルを基本に改修する方法が最適なコード開発手法であるとの見通しを得た。

報告書

LEAPコード用ブローダウンモデルの開発

真野 多喜夫*; 岡部 綾夫*; 石井 孝信*; 藤又 和博*; 国井 誠*

PNC-TJ9124 95-003, 242 Pages, 1995/03

PNC-TJ9124-95-003.pdf:5.48MB

次期大型炉蒸気発生器(SG)伝熱管の合理的設計基準水リーク率(DBL)の選定にあたって、高温ラプチャによる破損伝播の可能性を定量的に評価する必要がある。本LEAP用プローダウンモデルの開発は、高温ラプチャを含む破損伝播挙動を適切に評価し、合理的なDBLを選定するために必要となるa)プローダウン解析モデル、b)高温ラブチャモデル(機追/被壌力学的モデル)、c)反応領域温度分布解析モデル等に関する全体の開発計画の中のプローダウン解析モデルの開発に関するものであり、解析モデルの検討を行ないモデルを開発した。また、RELAP4コードとの比較によるコード間検証を実施するとともに、高温ラプチャー評価への適用計算を実施し、プローダウン時のSG伝熱管内の笹内冷却効果の評価へ適用が可能であるとの見通しを得た。なお、コードの開発にあたっては、将来的にLEAPへのカップリングが容易に行えるよう十分に配慮した設計とした。

報告書

LEAP改造予備設計

熊坂 勝行*; 岡部 綾夫*; 石井 孝信*; 藤又 和博*

PNC-TJ9124 94-009, 164 Pages, 1994/03

PNC-TJ9124-94-009.pdf:4.63MB

次期大型炉蒸気発生器(SG)伝熱管の合理的設計基準水リーク率(DBL)の選定にあたって、高温ラプチャによる破損伝播の可能性を定量的に評価する必要がある。本予備設計では、高温ラプラャを含む破損伝播挙動を適切に評価し、合理的なDBLを選定するために必要となるa)高温ラプチャモデル(構造/破壊力学的モデル)、b)非定常熱伝導解析モデル、c)ブローダウン解析モデル、d)反応領域温度分布解析モデル等に関する全体の開発計画の設計を行った。また、ブローダウン解析モデルに対しては、高温ラプチャを評価するために必要となる解析モデルの設計を行うとともに、このモデルの設計を基に、開発に必要なコードの構成要素、要素間のつながり等に関するコードの設計を行った。なお、コードの設計にあたっては、将来的にLEAPへのカップリングが容易に行えるよう十分に配慮した設計とした。

報告書

大リーク・ナトリウム-水反応時の準定常温度解析SWAC-13EによるSWAT-3 Run4,5,6,7の実験解析 : 大リーク・ナトリウム-水反応解析(第14報)

田辺 裕美*; 加藤木 洋一*; 黒羽 光男; 岡部 綾夫*; 吉岡 直樹*; 大音 明洋*; 藤又 和博*

PNC-TN941 85-53, 144 Pages, 1985/03

PNC-TN941-85-53.pdf:3.01MB

高速増殖炉の蒸気発生器での大リーク・ナトリウム-水反応事故解析のための準定常温度計算コードSWAC―13Eが開発された。本コードは,大リーク・ナトリウム解析総合コードSWACSの準定常圧力計算モジュールSWAC―13にエネルギ保存式を組み込み大リーク時の温度評価も行なえるように改良したものである。本報告書は,蒸気発生器安全性総合試験装置(SWAT―3)での大リーク試験データを用いて行なったSWAC―13Eの検証計算結果についてまとめたものである。本検証作業で用いた主な解析パラメータは,1)相対速度計算モデル,2)気泡/液滴密度,3)注水ノード分割数,及び4)反応熱である。これらの解析パラメータの適切な選択によって,SWAT―3試験結果を保守的に評価できる事が明らかとなった。

口頭

「もんじゅ」事故・トラブル事例集

山田 文昭; 田畑 広明; 宮川 明; 岡田 衛; 岡部 綾夫; 三澤 直人*

no journal, , 

「もんじゅ」の研究開発を進めるにあたり、従業員の安全意識の高揚,地元や関係する方々との対話に活かすことを目的として、建設段階における各試験及び本格運転において、起こるかもしれない事故・トラブル等の事例とその対応方法を整理し、事例集を作成した。

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