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報告書

海水条件下での溶液型グラウト特性データの取得

戸栗 智仁*; 沖原 光信*; 辻 正邦*; 中島 均*; 杉山 博一*; 齋藤 亮*; 佐藤 稔紀; 青柳 和平; 桝永 幸介

JAEA-Research 2017-013, 131 Pages, 2018/02

JAEA-Research-2017-013.pdf:8.49MB

北欧では、湧水量を大幅に少なくするために、浸透性が高くて耐久性の高い活性シリカコロイドを用いた溶液型のグラウト(以下、溶液型グラウトと呼ぶ)の研究が行われ、沿岸域の地下研において実証試験および実適用が開始されている。溶液型グラウトは海水条件下で適用され始めているが、固化のメカニズムは不明であり、施工方法も未確立である。国内外のいずれの事例において具体的な施工方法は未確立である。溶液型グラウトの周辺岩盤への影響については未知の部分が多い。このような背景を踏まえて、本業務は、資源エネルギー庁の公募事業である、「地層処分技術調査等事業(沿岸部処分システム高度化開発)」の一環として、3年程度をかけてグラウトに関する研究を行う計画であり、本報告書はその初年度の成果をまとめたものである。

論文

Development of hydrogen behavior simulation code system

寺田 敦彦; 松本 昌昭*; 杉山 均*; 上地 優; 日野 竜太郎

Proceedings of 6th International Conference on Hydrogen Safety (ICHS 2015) (CD-ROM), 11 Pages, 2015/10

原子力機構では、シビアアクシデント状況下における水素安全の向上に向けて、水素の発生から拡散、燃焼、爆発に至る挙動を予測する水素挙動解析システムの構築を進めている。システムは、研究者, エンジニア等のユーザを支援するために、様々なCFD, FEMコードで構成されている。本報では、水素挙動解析システムの構築に向けた取り組みの一環として、既存試験データを用いた浮力乱流モデル, 凝縮モデルについてのコード検証結果を報告する。

論文

Development of hydrogen behavior simulation code system; Outline of code system and validation using existing data

寺田 敦彦; 松本 昌昭*; 杉山 均*; 上地 優; 門脇 敏*; 日野 竜太郎

Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 6 Pages, 2015/05

福島第一原子力発電所事故では、被覆管の酸化によって発生した大量の水素が原子炉建屋に漏洩し、水素爆発が引き起こることで環境に深刻な影響を与えるに至った。原子力発電所の安全対策のさらなる向上に向けて、特にシビアアクシデント時における、拡散流動、燃焼、爆発による構造物への影響を考慮した水素挙動を予測するシステムの開発を進めている。このシステムは、多くの研究者, 技術者を支援するために様々なCFD、及びFEMのツールで構成されている。本報では、開発を進めているシステムの概要と配管破断試験の予備解析にて良好な機能検証がえられた結果等を報告する。

論文

三次元空間への水素拡散現象の数値予測

杉山 均*; 高橋 佳多*; 加藤 直人*; 寺田 敦彦; 上地 優; 日野 竜太郎

自動車技術会学術講演会前刷集, (109-14), p.5 - 10, 2014/10

開口部を有する室内空間における水素混合気の垂直方向浮力流についての数値解析を実施した。代数応力モデルを用いた数値解析の妥当性の確認及び、漏洩水素の拡散流動挙動メカニズムを明らかにするため、水素濃度について数値解析と実験結果を比較した。数値解析は、実験結果を詳細には再現できていないが、主要な流動挙動は一致している。また、計算結果から水素濃度の低減効果の影響はフルード数による整理が有用であることがわかった。

論文

円柱を有する矩形断面管路内の乱流構造解析

杉山 均*; 小手森 俊紀*; 加藤 直人*; 寺田 敦彦; 上地 優; 日野 竜太郎

自動車技術会学術講演会前刷集, (147-14), p.25 - 30, 2014/10

本解析では矩形断面を有する直線管路内に円柱が底壁面近傍に流れと平行に設置された乱流場を解析対象とした。こうした流れでは、乱れの非等方性から生成される第2種二次流れの存在と円柱が壁面近傍に設置されたことによる脈動流が存在する。本報で提案する代数応力モデルによる解析方法では、実験結果との比較検証から、速度分布を正確に予測することができ、壁面と円柱との間隙に形成される脈動流の存在についても確認することができた。

論文

周期配列突起を有する直線管路内の乱流解析

岡垣 百合亜*; 杉山 均*; 加藤 直人*; 日野 竜太郎

自動車技術会論文集, 43(4), p.949 - 955, 2012/07

ブロック型高温ガス炉の経済性向上にかかわる燃料棒の発熱密度を高めるため、燃料棒の黒鉛シースに周期配列突起(リブ)を設けて燃料棒の乱流熱伝達を促進させることが考えられている。リブ加工時の製作性を考慮して、リブ断面は直方体形状を候補としているが、熱伝達性能に及ぼす配列のピッチやリブ高さなどの影響及び効果をあらかじめ把握しておく必要がある。そこで、今後の燃料棒設計への適用を見通して、非等方性乱流にも適用でき、しかも、解析負荷を抑制できる乱流モデルとして代数レイノルズ応力モデルに注目し、同モデルを用いて周期配列リブ付き直線管路内の乱流解析を行った。その結果、リブ付き流路に特徴的な流れの再付着点位置やリブ周辺の渦をよく再現し、同モデルはリブに起因する非等方性乱流場の予測に適用できることがわかった。

論文

周期配列突起を有する直線管路内の乱流解析

岡垣 百合亜*; 杉山 均*; 日野 竜太郎; 加藤 直人*; 寺田 敦彦

日本機械学会関東支部ブロック合同講演会講演論文集, p.35 - 36, 2011/09

伝熱性能を向上させるため、壁面にリブと呼ばれる突起を周期的に配置することにより、乱れを増加させる手法が広く用いられている。今後の発展が期待される高温ガス炉(HTGR)では、水素製造プロセスなどへの効率的な核熱供給を行うため、リブによる伝熱促進を図ったプロセス熱交換器を用いる計画である。本研究は、熱交換器の設計コード開発の第一段階として、考案した代数レイノルズ応力モデルを用いて周期配列突起付き直線管路の乱流解析を行い、その妥当性を検証するため、CasarsaらのPIV計測実験結果と比較検討した。その結果、速度場,レイノルズ応力分布の実験結果との比較から、速度分布の結果は実験とほぼ一致するが、レイノルズ応力においては他の乱流モデルと同様に値や分布に違いがみられることがわかった。

論文

Experimental study of airflow-mixture by using PIV

上地 優; 寺田 敦彦; 杉山 均*

Proceedings of 19th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-19) (CD-ROM), 7 Pages, 2011/05

原子力機構では、高温ガス炉の熱利用システムに関する研究開発を実施している。システムの一つである熱化学法ISプロセスによる水素製造法の安定運転及び低消費エネルギー化に対して、再生熱交換技術は効果的であると考えられる。著者らは気流混合による温度制御に着目し、小型高性能復熱器の設計研究を進めている。一方この温度制御機構はHVACユニットに用いられ研究が行われている。しかし数値解析では複雑形状に対して定量的な精度を欠き、また複雑形状に対する実験結果は報告されておらず、乱流混合に対する知見は不足している。PIVを用いた気流混合実験を行い、混合流れ場の乱流エネルギーを取得した。また流量配分変更時のエネルギー値の変化について明らかにし、温度分布との関連性を解明する。結果から、主流に対し傾斜するドア開度の場合先端で不安定な流れが生成しエネルギーが増大することがわかった。特に混合部では、ドア付近の乱れの影響でエネルギーは大きく上昇する。また、ヒータ通過空気の一部がドア部はく離領域へ流れ込むことで混合が早期に発生し、温度拡散が促進されることがわかった。

論文

Numerical analysis of turbulent flow with heat transfer in a square duct with 45 degree ribs

岡垣 百合亜*; 杉山 均*; 加藤 直人*; 寺田 敦彦; 日野 竜太郎

Proceedings of 19th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-19) (CD-ROM), 8 Pages, 2011/05

高温のヘリウムガス熱交換器の伝熱促進等に有用な45度に傾斜した矩形リブを配した矩形ダクト内の乱流熱伝達特性について、新たに開発した代数応力モデルを用いて数値解析を実施した。解析結果は、PIVによる高レイノルズ数の乱流場における実験結果をよく再現しており、解析モデルの妥当性を確認できた。

論文

気流混合現象の実験的研究

上地 優; 寺田 敦彦; 杉山 均*

日本機械学会関東支部山梨講演会(2010)講演論文集, p.98 - 99, 2010/10

日本原子力研究開発機構では、高温ガス炉の熱利用システム開発の一つとして、数値シミュレーションを用いたプロセスガス反応器の設計研究を行っている。しかし、反応器内のはく離を伴う気流混合現象の数値解析では、複雑な乱流場により精度が必ずしも十分ではない。また、このような流れ場の解析モデル検証に必要な実験データも乏しい。そこで、数値解析コードの検証のための実験データ取得のために、実験的研究として内部に流量調整ドアを設置した矩形屈曲管路内の気流混合現象の可視化及びPIV(Particle Image Velocimetry: 粒子画像流速測定法)測定を行った。その結果、数値解析検証に必要な噴流混合部の速度場データを取得し、はく離により誘発した乱れが、混合に影響を与えることがわかった。

論文

Development of hydraulic analysis code for optimizing thermo-chemical IS process reactors

寺田 敦彦; 日野 竜太郎; 平山 俊雄; 中島 憲宏; 杉山 均*

Proceedings of 15th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-15) (CD-ROM), 6 Pages, 2007/04

日本原子力研究開発機構では、熱化学法ISプロセスによる水素製造技術の研究開発を進めている。現在、ベンチ試験の成果を踏まえ、次段階となる30Nm$$^{3}$$/h規模の水素製造試験装置の設計検討を実施している。ISプラントの設計では、コスト低減の観点から、高性能でコンパクトな反応器の構造設計が重要である。そこで、ブンゼン反応器等の化学反応を伴う混相流の混合性能を最適化するために熱流動解析解析コードの開発に着手した。本報では、第1報として反応容器を模擬した容器内旋回流に見られる渦崩壊現象についての数値解析と水流動可視化試験による検証結果を報告する。

論文

ISプロセス反応器内部流れに関する研究

寺田 敦彦; 日野 竜太郎; 杉山 均*

日本機械学会関東支部第13期総会講演会講演論文集, p.501 - 502, 2007/03

原子力機構では、熱化学法ISプロセスによる水素製造技術の研究開発を進めている。ISプラント反応器の設計には、解析コードによる構造最適化設計が必要である。そこで、化学反応を伴う混相流の解析コードの開発に着手した。本報では、円筒容器内の底板の回転運動によって生じる渦崩壊現象についての流れの可視化を報告する。

報告書

JCO臨界事故に対するサイクル機構の支援活動

金盛 正至; 河田 東海夫; 渡辺 均; 飛田 吉春; 杉山 俊英; 宮部 賢次郎; 小林 博英

JNC-TN8450 2003-009, 506 Pages, 2004/03

JNC-TN8450-2003-009.pdf:14.21MB

核燃料サイクル開発機構(以下、サイクル機構という)は、1999年9月30日に発生したJCO臨界事故に際して、事故発生直後に東海事業所内に事故対策支援本部を設置し、本社理事長の指示の下、東海事業所、大洗工学センター等全社の緊密な連携を図り、臨界事故の終息、全身カウンターによる被ばく評価、事故後の周辺住民の被ばく量低減のための土嚢積み、地域住民の汚染検査、周辺環境モニタリング、県、村の支援、住民相談、放射線測定等技術的支援に当たった。また、臨界事故終息後も、科学技術庁の事故対策本部及び、原子力安全委員会のウラン加工工場臨界事故調査委員会、健康管理委員会に協力し、臨界事故の原因究明、作業員、国、地方自治体の防災業務関係者、マスコミ等の被ばく線量評価等、長期間にわたって種々の協力を行ってきた。本報告は、サイクル機構が実施した臨界事故の終息のための活動、臨界事故評価、環境モニタリング、被ばく線量評価等の活動について取りまとめたものである。

論文

サーモクロミック物質の温度変化に伴う光学的特性の測定

久保 真治; 秋野 詔夫; 秋山 光庸*; 杉山 均*

熱物性, 11(2), p.39 - 45, 1997/00

温度と共に色を変化させる「サーモクロミック物質」について、物質の温度とその色光の相関を定量的に測定した。試料温度のコントロールと色光の測定が、同時に可能な実験装置を製作した。色光の定量化に分光測定器を用いた。測定した試料は3種類で、温度と共に発光強度が変化する有機系蛍光体、金属錯体溶液、および、典型的なサーモクロミック物質であるカイラルネマチック液晶である。その結果、それぞれの試料において、試料の温度とその分光分布曲線の関係は特徴的に変化した。更に、測定した分光特性から、それぞれの試料の変色を定量的に表現しうる変色パラメータを定めた。これによって、試料の変色を温度と変色パラメータの相関として整理した。今回用いた試料は、温度と変色パラメータの間に明確な相関があり、これらの物質を応用した温度測定法が開発可能なことが示唆された。

論文

感温変色性溶液の特性の測定

久保 真治; 秋野 詔夫; 秋山 光庸*; 杉山 均*

可視化情報学会誌, 15(SUPPL.1), p.63 - 66, 1995/07

熱流動現象の研究には、温度分布などの可視化が有効であるが、流体中の温度場を可視化する方法は少なく、シュリーレーン法などの工学的方法と液晶混濁法が実用化されているのみである。本研究は、温度による物質の色彩の変化(サーモクロミズム)を応用した新しい流体中の温度場の可視化方法を検索することを目的として、金属錯体溶液、アルカリ性溶液とpH指示薬を組み合わせた溶液について、サーモクロミック物質の工学的性質と温度の関係を明らかにした。(1)今回測定に用いた感温変色性溶液の色スペクトルは、温度変化とともに変化しており、変化の仕方は資料によって違っていた。(2)今回の結果から、本資料を用いた溶液でも同様な可視化法が可能と思われる。

論文

蛍光による温度測定法

久保 真治; 秋野 詔夫; 秋山 光庸*; 杉山 均*

第31回日本伝熱シンポジウム講演論文集, 0, p.373 - 375, 1994/05

蛍光の残光が温度に依存することを用いた温度分布測定法を開発した。この方法は温度センサたる蛍光体を温度測定する面に塗布し、キセノンフラッシュで励起する。この後に発する蛍光残光の減衰をモノクロCCDテレビカメラで撮影し、その画像から温度を求めるというものである。本測定法開発のためにまず、温度を変化させて蛍光体の定常連続発光を分光計にて調べた。そして、蛍光の残光減衰の温度による変化をテレビカメラにより測定したところ画像の明るさと温度の関係はほぼリニアであった。さらに黄銅製プレートに蛍光体を塗り付けて、プレートの両端に常温で約30$$^{circ}$$Cの温度差をつけて本温度測定法を試みた。その結果、プレートにつけた温度勾配に垂直な等温線を得ることができ、また熱電対で測定したプレートの温度勾配と本方法で得られた温度勾配はほぼ一致していた。従って本温度測定法は伝熱研究に有効に応用できると考えられる。

口頭

水素挙動解析システムの構築に向けた取組み

寺田 敦彦; 上地 優; 日野 竜太郎; 松本 昌昭*; 杉山 均*; 門脇 敏*

no journal, , 

日本原子力研究開発機構では、水素の発生から拡散、燃焼、爆発に至る挙動を予測する水素挙動解析システムの構築を進めている。本報では、システムの概要と水素挙動解析システムの構築に向けた取り組みの一環として、OECD/NEAのISP47等のTOSQAN試験データを用いたコード検証事例を報告する。

口頭

水素挙動解析システムの構築に向けた取組み; 水素燃焼シミュレーション

寺田 敦彦; 上地 優; 日野 竜太郎; 杉山 均*; 松本 昌昭*; 門脇 敏*

no journal, , 

原子力機構では、水素の発生から拡散、燃焼・爆発に至る挙動を予測する水素挙動解析システムの構築を進めている。本報では、水素挙動解析システムの構築に向けた取組みの一環として、OECD/NEAプロジェクトで実施されたISP49のTHAI-HD22試験データによるコード検証を行い、実験結果の再現性が確認できたことを報告する。

口頭

廃棄物長期保管容器内に発生する可燃性ガスの濃度低減技術に関する研究開発,6; 水素濃度低減シミュレーション

寺田 敦彦; 江連 巧*; 日野 竜太郎; 杉山 均*; 高瀬 和之*

no journal, , 

含水放射性廃棄物の保管容器の水案安全対策を補完する有用な手段として、水素再結合触媒による水素ガス濃度低減技術の開発を進めている。本報では、その研究の一環として実施した再結合触媒モデルによるシミュレーションにて、小型容器内の水素濃度低減試験について再現性を確認したことを報告する。

口頭

廃棄物長期保管容器内に発生する可燃性ガスの濃度低減技術に関する研究開発,11; PAR付き保管容器内水素挙動シミュレーション

寺田 敦彦; 日野 竜太郎; 杉山 均*; 加藤 直人*; 高瀬 和之*

no journal, , 

含水放射性廃棄物の保管容器の水案安全対策を補完する有用な手段として、水素再結合触媒による水素ガス濃度低減技術の開発を進めている。本報では、その研究の一環として実施した再結合触媒による水素濃度低減シミュレーションの試解析結果について報告する。

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