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論文

ロックイン振動振幅の予測

近藤 昌也

日本機械学会2006年度年次大会講演論文集, Vol.7, p.69 - 70, 2006/09

流れに垂直に置かれた円柱のロックイン振動を1次元の運動方程式と実験式を用いてモデル化し、インライン方向振幅を予測した。非線形問題であるため、解を求めるにあたってはこれまでに実施した実験から得られた知見を元に幾つかの仮定を導入した。加えて、円柱先端が描く軌跡の形状と換算流速との関係を実験式として取り入れた。その結果、予測値は代表的な実験データと若干異なるものの、減衰の影響も含めて換算流速に対する振動振幅の変化をほぼ定性的に予測できた。

論文

Numerical simulation of in-line and cross-flow oscillations of a cylinder

渡辺 正; 近藤 昌也

JSME International Journal, Series B, 49(2), p.296 - 301, 2006/05

原子力プラントでは、円柱構造物がさまざまな流れの条件のもとに使用されており、その流動誘起振動現象の解明は原子炉の安全確保にとって重要である。本報告では、数値シミュレーションにより円柱の流動誘起振動現象を解析した結果について述べる。シミュレーションでは、3次元非圧縮ナビエストークス方程式を有限要素法を用いて解き、円柱の運動と流れ場を連成させ、流れ方向及び流れと垂直方向への円柱の振動と円柱に作用する力,流れ場の渦の状態について考察した。流れ方向の振動は、換算流速が4.0以下で起こり、2.5以下では対称渦、2.9以上では交互渦の発生が見られたが、2.6付近では振動は起こらず、実験と良い一致を示した。交互渦の発生する条件では、流れと垂直方向への振動が支配的であり、垂直方向の振動により、円柱の抵抗係数,揚力係数のいずれもが増加し、また、流れ場の渦構造が時間的にも空間的にも微細化することが明らかとなった。

報告書

均圧注入系を模擬した体系に生じるカオスの研究; 受動的安全炉の特性解析,原子力基礎研究 H12-012(委託研究)

班目 春樹*; 岡本 孝司*; 田中 源太郎*; 森元 雄一郎*; 佐藤 聡*; 近藤 昌也

JAERI-Tech 2003-017, 156 Pages, 2003/03

JAERI-Tech-2003-017.pdf:5.31MB

原子炉圧力容器と格納容器気相部とを加圧管と注入管によって繋いだ均圧注入系の挙動をU字管内の液柱で模擬した実験と解析を行った。実験は、カバーガスをU字管内気相部に一定流量で注入してゆき、水位があるレベルに達するとガスを放出、水位が回復するとガス放出を停止することによって行った。実験の結果、ガス放出の周期は一定間隔とはならず、大きくばらつくことがわかった。そこで、圧力上昇時と下降時それぞれの挙動に対し線形方程式を立て、それをつないだ区分線形モデルを作成した。区分線形モデルは接線分岐,周期倍分岐,周期加算分岐といったカオス特有の性質を示したため、ガス放出の周期がばらついたのはカオスである可能性が高いことを示した。

論文

ROSA/LSTF装置を用いた将来型炉の安全系に関する研究

与能本 泰介; 大津 巌; 中村 秀夫; 近藤 昌也; Svetlov, S.*

日本機械学会第8回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集, p.215 - 220, 2002/06

日本原子力研究所では、軽水炉の安全性評価・確認のために整備した一連の研究施設を用いて、将来型原子炉の安全性解析手法や最適設計手法の高度化を目指した研究を進めている。主たる対象は、近い将来に安全審査が行われる可能性のある大型軽水炉(APWR+, ABWR-II)であるが、いわゆる革新的原子炉も検討対象に含まれている。この計画では、ROSA/LSTF装置等の大型の熱水力装置を用いて実証的な実験,現象理解や性能把握のための基礎実験,コード整備を行う。本論文では、APWR+の新型安全系やAM策の評価のために重要な自然循環について、これまでの関連する実験結果の概要をまとめ、非一様流動の把握,解析が最重要であることを述べる。また、革新的原子炉用の非常用熱交換器での凝縮現象に関し、ロシアのSPOT実験を用いた将来の相関式の評価、並び、二相流流動と伝熱の同時計測を特徴とする基礎実験についてまとめる。

論文

振動円柱近傍の流速変動が円柱振動に与える影響

近藤 昌也; 安濃田 良成

日本機械学会論文集,B, 68(665), p.86 - 93, 2002/01

クロスフローによって振動する弾性片端支持円柱の流力振動現象を評価するために、円柱近傍の流速変動を円柱内に組み込んだ電磁流速計を用いて測定した。そして、その流速変動の位相とインライン方向変位の位相とを評価した。その結果、インライン振動に対する、交互渦の作用のタイミングが、流速条件によって異なることを流速変動の測定値から示した。また、第1励振域,安定域,第2励振域において、インライン振動の卓越周波数で、円柱と流れとの間にエネルギーの授受が行われていることを確認した。そして、そのエネルギー授受を示す位相の関係は、渦の種類ないしは交互渦の作用のタイミングによって変化しないことを示した。さらに、インライン方向1次元の1質点系モデルを用いて、円柱近傍の流速変動が、円柱のインライン方向変位と交互渦による流体力に対して、2つの位相を使って整理できることを示した。

論文

Roll wave effects on annular condensing heat transfer in horizontal PCCS condenser tube

近藤 昌也; 中村 秀夫; 安濃田 良成; 最首 貞典*; 小幡 宏幸*; 島田 ルミ*; 川村 慎一*

Proceedings of 10th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 10) (CD-ROM), 9 Pages, 2002/00

横型熱交換器を用いた静的格納容器冷却系(PCCS)が検討されている。横型熱交換器の伝熱特性評価のため、水平単一U字伝熱管を用いた実験を行った。実験の結果、伝熱管入口端付近の環状流の局所熱伝達率を既存のモデルが過小評価する傾向があることがわかった。また、同時に行った可視化実験(伝熱管の一部区間に可視窓を取り付け、高速度ビデオを用いて行った)から、環状流の液膜表面に多数の巻波が存在することを確認した。そこで、巻波が液膜を撹拌、伝熱を促進するとの仮定の下に、局所熱伝達率を巻波の時間あたりの通過頻度に対して整理したところ、両者の間には強い相関関係があることを見出し、仮定を裏付けた。さらに、この相関関係を基に、液膜の通過頻度を考慮した、水平管内環状流凝縮熱伝達率を与えるモデルを提案した。

論文

Multi-dimensional thermal-hydraulic analysis for horizontal type PCCS

新井 健司*; 栗田 智久*; 中丸 幹英*; 藤木 保伸*; 中村 秀夫; 近藤 昌也; 小幡 宏幸*; 島田 ルミ*; 山口 献*

Proceedings of 10th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 10) (CD-ROM), 7 Pages, 2002/00

次世代型BWR格納容器の過圧破損を防ぐ静的格納容器冷却系(PCCS)横型熱交換器の総合性能の確認を目的として、13年度から大型モデル試験を行っている。この大型モデル試験の開始に先立ち、TRACコードの3次元炉心モジュールに改造を施した多次元二相流コードを用いてPCCS熱交換器2次側のボイド率分布及び1次側の熱交換器伝熱管間の流量配分を求めた。この結果、除熱性能と圧力損失の双方で要求性能を満たすこと、膜沸騰が生じないこと、上部管束と下部管束との間からかなりの2次側冷却水の流入があること,除熱管間の流量配分が各管の除熱量に依存することなどを予測した。

論文

Water flow simulation test on flow-induced oscillation of thermowell in prototype fast breeder reactor "MONJU"

近藤 昌也; 安濃田 良成

JSME International Journal, Series B, 44(4), p.688 - 694, 2001/11

高速増殖炉「もんじゅ」の熱電対流力振動に関する水流模擬実験を行った。試験体変位の測定並びに可視化実験を行い、試験体の振幅及び周波数特性、振動の位相を評価した。評価の結果、対称渦を伴うインライン方向1次元振動が生じる流速範囲と、交互渦を伴う2次元振動が生じる流速範囲とが存在することを示した。また、ウェーブレット変換と統計処理手法を組み合わせた位相評価手法を提案し、2次元振動領域におけるインライン方向変位の位相と交互渦による外力の位相との関係が流速条件によって変化していることを示した。

論文

Study on oscillated flow around excited cylinder using built-in electromagnetic flowmeters

近藤 昌也; 安濃田 良成

Emerging Technologies for Fluids, Structures and Fluid-Structure Interaction, 2001 (PVP-Vol.431), p.111 - 117, 2001/07

クロスフローによって振動している円柱について、円柱近傍の変動流の流速を円柱中に組み込んだ電磁流速計を用いて測定した。そして、変動流の位相と円柱のインライン方向変位の位相とを比較した。比較の結果、(1) 変動流に含まれる交互渦の周波数成分の位相は、円柱のインライン方向変位の位相に対して、ある一定の関係を成していること、(2) その関係は、インライン振動の2つの励振域に挟まれた流速範囲(安定域)と、交互渦のロックイン振動が生じている流速範囲(第2励振域)とでは異なること、(3) 円柱の両側の変動流の位相は、円柱の振動周波数では同位相、交互渦の周波数では逆位相であることを明らかにした。(1)及び(2)の結果は、インライン振動の平均振幅の大きさの変化に交互渦が影響しているという著者らの主張を裏付けるものとなった。

論文

Baseline study to model a typical condensation-induced water hammer event measured at the two-phase flow test facility (TPTF) in Japan

Schultz, R. R.*; 近藤 昌也; 安濃田 良成

Emerging Technologies for Fluids, Structures and Fluid-Structure Interaction, 2001 (PVP-Vol.431), p.1 - 12, 2001/07

小型二相流実験装置(TPTF)を用いて行った凝縮水撃実験の評価と、凝縮水撃に関する文献調査を行った。著者らは凝縮水撃を、(1)液スラグの形成過程、(2)蒸気泡の球凝縮過程、(3)低圧側への液スラグの移動過程、(4)液スラグによる衝撃発生過程、(5)衝撃波の伝播過程、(6)凝縮水撃発生前状態への回復過程に分別し、各過程に関連する文献を示した。特に、液スラグの形成過程に関しては、これまで提案されてきたモデルを5つに分類してまとめた。衝撃波の伝播過程については、TPTFの実験データを用いて衝撃波とその反射波の伝播の様子を示した。

論文

自由界面波上に発生するリップルの非定常運動に関する研究

関 紘介*; 辻 義之*; 近藤 昌也; 久木田 豊*

日本機械学会2001年度年次大会講演論文集, p.9 - 10, 2001/00

重力波の上に重畳したリップルの挙動をウェーブレットを用いた時間周波数解析によって評価した。界面波の形状は固定された屈折式レーザー液面計によって測定した。リップルは重力波の山から見て進行方向の側に生じるため、時間周波数解析を用いて、リップルのある側とない側のパワースペクトルを求めた。そして、その結果をより重力波とリップルのエネルギーを求め、重力波とリップルがほぼ同期してエネルギーの増減を繰り返しつつ伝播していることを明らかにした。また、重力波の先端付近の形状を時間周波数解析し、リップルの形状が重力波の先端付近の形状(尖度)と密接な関係にあることを明らかにした。

論文

光ファイバーボイドプローブによる気泡速度計測へのウェーブレットの適用

大津 巌; 近藤 昌也; 与能本 泰介; 安濃田 良成

日本機械学会2001年度年次大会講演論文集, Vol.1, p.7 - 8, 2001/00

光ファイバープローブを用いたレーザードップラー流速計は、気泡接触前に気泡界面からの反射波を測定する場合、触針式プローブを用いする手法と較べ、プローブ-気泡間の流体的干渉を避けるうえで有利であると考えられる。この計測法の特性を検討するため、垂直管(内径10mm)の水中で上昇する空気プラグを測定し、13500コマ/秒で撮影したVTR画像で校正した。気泡速度7.76及び18.6cm/sの実験で測定したドップラー信号を周波数の時間的変化を捉えられるウェーブレット変換法で周波数解析した結果、気泡がプローブに接触する直前、ドップラー計測で得た速度が、画像から得た速度に対し急速に低下する時間的特性を明確に捉えられた。真の気泡速度を得るためには、この気液界面にプローブ先端が最接近した時間のデータを排除する必要があることがわかった。

論文

Study of alternate vortices effect on in-line oscillations of flexible cylinder

近藤 昌也; 安濃田 良成

Emerging Technologies in Fluids, Structures, and Fluid/Structure Interactions (PVP-Vol.414-1), p.171 - 177, 2000/07

一様な流れの中に置かれた円柱のインライン振動と交互渦による励振力との関係について、ウェーブレット変換を用いて評価した。評価は、まず、円柱のインライン方向変位と交互渦周波数成分との位相関係を評価し、そして、交互渦の励振力と交互渦の周波数成分の関係をモデル化することで行った。評価の結果、インライン振動の平均振幅が減少する流速範囲では、交互渦が円柱に対して負の仕事を行っていること、平均振幅が増大する流速範囲では交互渦が正の仕事を行っていることを明らかにした。

論文

Calculation of thermal-hydraulic behavior of horizontal heat exchanger with parallel tubes

近藤 昌也; 大谷 悦男*; 中村 秀夫; 浅香 英明*; 安濃田 良成

Proceedings of 2nd Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-2), p.344 - 350, 2000/00

並列伝熱管を有する横型熱交換機の熱水力挙動をRELAP5/Mod3.2コードを用いて計算した。計算は、異なる2次側条件を持つ2本の並列伝熱管を用いて行った。すなわち、飽和熱交換器上部の伝熱管を模擬した二相流を2次側に有する伝熱管と、熱交換器下部の伝熱管を模擬したサブクール水を2次側に有する伝熱管とを並列としたモデルを用いて行った。計算の結果、この2次側条件の相違は、冷却能力の高い伝熱管により多くのガスが流入するという不均一な伝熱管流量配分を引き起こしたが、流量の振動など流動の不安定性を招くことはなかった。また、ガスに含まれる非凝縮性ガスについては、2次側条件が変わらない限り、伝熱管流量配分にほんど影響しなかった。この結果、計算の対象とした横型熱交換器は極端な2次側条件下であっても安定した状態で十分な除熱能力を示すことを確認した。

論文

Single U-tube Testing and RELAP5 code analysis of PCCS with horizontal heat exchanger

中村 秀夫; 近藤 昌也; 浅香 英明; 安濃田 良成; 田畑 広明*; 小幡 宏幸*

Proceedings of 2nd Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-2), p.336 - 343, 2000/00

横型熱交換器を用いた静的格納容器冷却系(PCCS)の性能評価に必要なデータを得るため、単一の水平U字管を用いた管内凝縮伝熱の基礎試験を(株)日本原子力発電との研究協力で行った。口径32mm、伝熱長8mの試験体を用いた基準流動条件(圧力: 7気圧、入口蒸気流量: 1%崩壊熱出力相当、非凝縮性ガス分圧: 1%)での試験等から、高いガス分圧($$leq$$20%)でも良好な除熱性能が得られることや圧力損失、排気、排水の各特性でも良好な結果を得て、横型熱交換器のPCCSへの適用性を確認した。RELAP5/MOD3コードを用いた実験後解析では、オリジナルコードが凝縮伝熱を過小評価したため、基礎伝熱試験をもとに選定した凝縮伝熱やガスによる伝熱劣化のモデル群を組み込むとともに、凝縮終了後の伝熱管内ガス停滞挙動を表現するノード法の考案等で、実験を良好に予測するコード改良ができた。今後、計画中の多次元流動に着目した大型モデル試験の解析を行うとともに、実機での各種過渡におけるPCCS挙動を予測・評価する。

論文

インライン流力振動に及ぼす交互渦の影響

近藤 昌也; 安濃田 良成

日本機械学会論文集,C, 65(639), p.4252 - 4259, 1999/11

片端支持円柱の流力振動実験を行い、インライン振動に対する交互渦の影響を評価した。時間-周波数解析を用いてインライン方向変位の位相と交互渦による外力の位相との関係を整理した結果、2つの励振域とその間に存在する安定域とでは位相関係が異なることを明らかにした。そして、安定域の位相関係にある場合には、交互渦が円柱に対して負の仕事をすること、励振域の位相関係にある場合には、交互渦が円柱に対して正の仕事をすることを、1自由度振動系モデルを用いて示した。これにより、交互渦がインライン振動の平均振幅の流速に対する変化に大きく関わっていることを明らかにした。

論文

Simultaneous measurement of liquid velocity and interface profiles of horizontal duct wavy flow by ultrasonic velocity profile meter

中村 秀夫; 近藤 昌也; 久木田 豊*

NUREG/CP-0160, p.661 - 675, 1998/09

超音波流速分布計測器は、トランスデューサから超音波パルスを連続的に発振し、液相と共に流動する反射体からの反射波とのドプラー信号を用い、液相の流速分布を計測する。ところが自由界面を有する水平層状流や波状流では、気液界面で超音波パルスが全反射するため、界面と流路底間での多重反射波が流速の計測を困難にしていた。今回、超音波吸収体の設置、長い計測インターバルの採用、データのビット処理を行う等の工夫により、これらの流れでの2次元的流速分布と、更に水面形状の動的な同時計測に成功した。層状流の流速分布は、同時に行った流れの可視化ビデオ画像を用いた粒子追跡法(PTV)の結果と良く一致すると共に、波状流の流速分布は、理論値と良く一致する結果が得られた。水面形状は、平行線電極を用いた水位計測の結果と良く一致した。

論文

Simultaneous measurement of liquid velocity and interface profiles of horizontal duct wavy flow by ultrasonic velocity profile meter

中村 秀夫; 近藤 昌也; 久木田 豊*

Nucl. Eng. Des., 184(2-3), p.339 - 348, 1998/00

 被引用回数:6 パーセンタイル:47.1

超音速流速分布計測器は、トランスデューサから超音波パルスを連続的に発振し、液相と共に流動する反射体からの反射波とのドプラー信号を用い、液相の流速分布を計測する。ところが自由界面を有する水平層状流や波状流では、気液界面で超音波パルスが全反射するため、界面と流路底間での多重反射波が流速の計測を困難にしていた。今回、超音波吸収体の設置、長い計測インターバルの採用、データのビット処理を行う等の工夫により、これらの流れでの2次元的流速分布と、更に水面形状の動的な同時計測に成功した。層状流の流速分布は、同時に行った流れの可視化ビデオ画像を用いた粒子追跡法(PTV)の結果と良く一致すると共に、波状流の流速分布は、理論値と良く一致する結果が得られた。水面形状は、平行線電極を用いた水位計測の結果と良く一致した。

論文

Core makeup tank behavior observed during the ROSA-AP600 experiments

与能本 泰介; 近藤 昌也; 久木田 豊; L.S.Ghan*; R.R.Schultz*

Nuclear Technology, 119, p.112 - 122, 1997/08

 被引用回数:19 パーセンタイル:17.31(Nuclear Science & Technology)

原研ではROSA-V/LSTF装置を用いてウエスチングハウス社AP600炉に関する冷却材喪失事故模擬実験を実施している。実験結果より、AP600炉特有の炉心補給水タンク(CMT)での熱水力挙動は自然循環期と排水期の二つに分類できることが示された。自然循環期ではコールドレグから高温水が流入しCMT内に明確な温度成層が生じた。他方、排水期は、1インチ以下の破断の場合にはフラッシングにより、2インチ以上の場合にはコールドレグからの気相の進入により、開始した。これらのCMT挙動は他の安全機器の影響を受け、例えば、畜圧注入系の作動によりCMTからの排水速度は低下し、自動減圧系の作動により、排水速度は増加した。均圧配管内が空になってからはCMT水位の低下速度は自由落下の式でほぼ近似することができた。

論文

PWR small break Loss-of-Coolant-Accident Experiment at ROSA-V/LSTF with a combination of secondary-side depressurization and gravity-driven safety injection

与能本 泰介; 近藤 昌也; 久木田 豊

Journal of Nuclear Science and Technology, 34(6), p.571 - 581, 1997/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:60.08(Nuclear Science & Technology)

小破断事故の影響緩和を目的とした二次系自動減圧と重力注入系(GDIS)の組み合わせ使用の有効性を、ROSA-V/LSTF装置を用いて2インチ配管破断実験を行うことにより検討した。この組み合わせは、いくつかの次世代加圧水型炉の設計において、使用されている。この実験では、現行炉の蓄圧安全注入系のかわりとして本研究で提案する減圧沸騰型安全注入系(FDIS)の試験も行った。その結果、1)二次系減圧により一次系はGDIS作動圧力にまで滑らかに減少する、2)FDIS作動による減圧阻害は見られない、さらに、3)自然循環流量は、一次系質量インベントリ、二次系温度の変化、さらに溶存ガスの析出による伝熱管での不凝縮ガスの蓄積に影響を受ける、ことを明らかにした。さらに、RELAP5/MOD3コードを用いた実験解析から、本コードは圧力挙動を良く予測するが、蒸気発生器伝熱管での非一様な流動挙動や、溶存ガス挙動に関するモデルを有しないために、自然循環流動を適切に予測できないことを明らかにした。

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