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論文

Development of computational method for predicting vortex cavitation in the reactor vessel of JSFR

浜田 紀昭*; 椎名 孝次*; 藤又 和博*; 早川 教*; 渡辺 収*; 山野 秀将

Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles (FR 2009) (CD-ROM), 10 Pages, 2012/00

Na冷却高速炉において、加速流れ中の液中渦により発生する可能性があるキャビテーションを予測するため、伸長渦理論に基づく液中渦予測手法を開発した。本手法をFBR実用炉の縮小モデル試験に適用し、キャビテーションの発生を予測できる見通しを得た。

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

Numerical calculation of fluid flow within a large-diameter piping with a short-radius elbow in JSFR

相澤 康介; 山野 秀将; 小竹 庄司; 藤又 和博*

Proceedings of 7th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-7) (CD-ROM), 14 Pages, 2008/10

FBRサイクルの実用化研究開発(FaCT)で設計検討が進めているナトリウム冷却大型炉では、プラント建設費を削減するため、2ループ構成の主冷却系及びショートエルボ大口径配管を採用している。この設計概念は、10$$^{7}$$以上の高レイノルズ数域における配管内の流動励起振動挙動が課題になる。本報告では、STAR-CDコードを用いて定常解析を実施し、適切な解析モデルを選定することで、別途実施したホットレグ配管を模擬した1/3縮尺試験の流動特性(逆流を含んだ剥離域など)を再現できることを確認した。また、その検証された解析モデルを用いて、冷却材物性及び配管スケールの影響を調べるとともに、実機におけるホットレグ配管の入口境界における乱れなどの条件を考慮して流動特性の検討を実施した。その結果、実機で想定されるホットレグ配管吸込み部での乱れを考慮すると、剥離域が小さくなる可能性が示された。

報告書

ナトリウム冷却炉の上部プレナム流動特性の研究; 水流動試験の検証解析と渦予測手法の適用性検討

藤井 正; 近澤 佳隆; 此村 守; 上出 英樹; 木村 暢之; 中山 王克; 大島 宏之; 成田 均*; 藤又 和博*; 糸岡 聡*

JAEA-Research 2006-017, 113 Pages, 2006/03

JAEA-Research-2006-017.pdf:14.98MB

実用化戦略調査研究で概念設計を進めているナトリウム冷却大型炉では、従来設計よりも高流速条件となる炉上部プレナム内の流動特性を把握するため、縮尺水流動試験が実施されている。本報告では、汎用熱流体解析プログラムを用いて水試験体系を対象とした流動解析を実施し、実機体系でのプレナム内流況と気泡を伴う水中渦の評価に対する適用性を検討した。(1)1/10縮尺プレナム試験を対象に、フルード数一致条件での定常解析を実施した。解析では、炉心上部機構内部から炉容器壁に向かう噴出し流れや、切込み部からの上昇噴流等の上部プレナムでの特徴的なフローパターンを再現できる見通しを得た。また、実機体系での全体流況が水試験体系と定性的に一致することを確認するとともに、解析における数値解法や境界条件等の設定がフローパターンに及ぼす影響が明らかとなった。(2)伸長渦理論に基づく渦予測評価手法を用いて、1/10縮尺試験のディッププレート下方領域における渦の分布を評価した。実機流速一致条件の場合には、水試験と同様、コールドレグ配管壁からホットレグ配管に吸込まれる2本の渦を、気泡を伴う水中渦として同定した。この結果より、上部プレナム内で定常的に発生する液中渦を渦予測評価手法により同定できることを確認した。

報告書

LEAPコード用ブローダウンコードの改良

糸岡 聡*; 藤又 和博*

JNC-TJ9440 2003-001, 286 Pages, 2003/03

JNC-TJ9440-2003-001.pdf:9.23MB

高速炉の蒸気発生器における伝熱管破損事故に起因するナトリウム-水反応現象評価の高度化の一環として、高温ラプチャ型破損評価手法の更なる整備が進められ、限界熱流速とPost-CHF伝熱相関式に関する軽水炉研究の調査に基いて伝熱管内の冷却条件(管内熱伝達相関)の整理が実施された。 本作業では上述の管内冷却条件の整理を反映することを主目的として、次に示すLEAPコード用ブローダウンコードの改良を実施した。また、改良したLEAP-BLOWコードに対して機能確認のための適用計算を実施し、改良コードの妥当性を確認した。 ・限界熱流束(CHF)判定式(甲藤の式及びTongの式)の追加 ・Post-CHF伝熱相関式(Condie-Bengston IVの式及びGroeneveld 5.9の式)の追加 ・水・蒸気の物性値及び臨界流量計算モデルの圧力上限を水の臨界圧力まで拡張 ・考慮できる配管数及び総セクションの拡張と入力書式の変更 ・任意箇所の圧力を、PID制御による調節弁の弁開度により制御できる機能の追加

報告書

大型炉心におけるSASSへの要求条件の整備

糸岡 聡*; 澤田 周作*; 橋口 禎郎*; 藤又 和博*; 堂元 昇*

JNC-TJ9400 2001-011, 159 Pages, 2001/03

JNC-TJ9400-2001-011.pdf:5.21MB

受動的安全機能の採用によってFBRにおける安全系の信頼度を向上するために、自己作動型炉停止機構(SASS)を具備する平成11年度サイクル機構設計の大型均質炉心を対象として、流量減少型スクラム失敗事象(ULOF)における冷却材最高温度に対する不確実因子の感度を安全解析コード(SAS4A)を用いて解析し、SASSへの要求条件を整理した。その結果、SASSの切り離し温度への要求は、誤落下防止の観点から638$$^{circ}C$$以上、さらに、ULOF時における冷却材沸騰防止(冷却材最高温度960$$^{circ}C$$以下)の観点から666$$^{circ}C$$以下となった。また、不確実因子の不確定巾の検討結果と感度解析結果を基に感度係数を定量化したところ、最大感度係数を有する不確実因子はSASS隣接集合体出口温度であり、その感度係数は-20.5$$^{circ}C$$/$$sigma$$(1$$sigma$$=6.7$$^{circ}C$$)であった。以上の結果を基に、仮に、SASSの切り離し温度をノミナル値として666$$^{circ}C$$に設計した場合でも、SASS切り離しの非同時性を適切に考慮するとともに、本炉心における現実的な冷却材沸騰温度(1018$$^{circ}C$$)を炉心損傷の判断基準として適用するならば、SASSはULOFに対して最大感度を持つSASS隣接集合体出口温度換算で約3.4$$sigma$$の安全裕度を有するといえる。

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

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

実用高速炉構造設計基準のための技術開発,16; 非弾性設計解析手法の配管設計への適用

藤又 和博*; 長島 英明*; 祐川 正之*; 柴本 宏; 井上 和彦*; 笠原 直人

no journal, , 

高速炉の配管設計では、高温運転による非弾性変形に留意する必要がある。従来の設計では、ビームモデルを用いた弾性解析とひずみ集中係数を用いてひずみを予測していたが、精度が低いことから過剰に保守的な設計となる場合があった。配管設計ではエルボ部の評価が重要であり、エルボ部は3次元的な非弾性変形を示すため、従来のビームモデルでは高精度の評価には無理があった。一方、シェルモデルによる非弾性解析は、モデル作成の手間や計算負荷の観点から実設計には不向きであった。最近の汎用の有限要素解析用ソルバには、エルボ要素が装備されている。このエルボ要素は、シェル要素並みの精度が得られ、かつ取り扱いが簡易である。そこで、設計用の配管解析法として、エルボ要素を用いた非弾性解析法を提案した。2次系ミドルレグ配管(12Cr系鋼)を対象として、設計法の適用性を確認するとともに、設計合理化の可能性について評価した。また、エルボ要素を用いてシェル要素並みの精度を得るに必要なメッシュ分割法についても検討した。この結果、高精度の評価が行え、エルボ数,配管引廻しの合理化が可能となる見通しが得られた。エルボ要素を用いることでサポート等のモデル化が容易となり、シェル要素を用いた解析と比較して、解析モデルの作成時間を1/10程度に短縮することができる。

口頭

ショートエルボ内配管内流動に対する乱流モデルの適用性検討

相澤 康介; 山野 秀将; 宇都 成昭; 小竹 庄司; 渡辺 収*; 藤又 和博*

no journal, , 

FBRサイクルの実用化研究開発(FaCT)で検討を進めているナトリウム冷却大型炉では、建設費を低減させるために、2ループ構成が採用されている。この設計概念は、10$$^7$$以上の高レイノルズ数域における配管内の流動励起振動が課題になる。配管の構造健全性を確認するうえで、非常流動解析により配管壁面における圧力変動のパワースペクトル密度を評価することが必要である。本報告では、乱流モデルのRSMとLESの適用性について1/3縮尺水試験データを用いて検討した。解析した結果、RSMがショートエルボ配管内の非定常流動解析に適していることが示された。

口頭

Na冷却高速炉における液中渦予測手法の開発

浜田 紀昭*; 藤又 和博*; 椎名 孝次*; 早川 教*; 渡辺 収*; 山野 秀将

no journal, , 

Na冷却高速炉において、加速流れ中の液中渦により発生する可能性があるキャビテーションを予測するため、伸長渦理論に基づく液中渦予測手法を開発した。本手法をFBR実用炉の縮小モデル試験に適用し、キャビテーションの発生を予測できる見通しを得た。

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