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論文

Visualized measurement of extremely high-speed droplets in Venturi scrubber

堀口 直樹; 吉田 啓之; 阿部 豊*

Journal of Nuclear Science and Technology, 56(3), p.278 - 290, 2019/03

ベンチュリスクラバは微小なエアロゾル粒子を除去するものであり、原子力発電所におけるフィルタ付ベントシステムの構成機器として導入されている。核分裂生成物を含むエアロゾル粒子は、ベンチュリスクラバ内に形成される液滴との衝突により除去されると考えられるが、運用時に想定され得る超高流速条件での液滴データが不足している。本研究は、超高流速条件でのベンチュリスクラバ内の液滴径データの取得とそれによる液滴径評価式の適用性確認を目的とした。まず、超高速微小液滴を観察するため、高解像度高撮影速度の光学系を開発した。続いて水-空気系の模擬試験により可視化計測し、液滴径分布とザウター平均径(SMD)を取得した。既存評価式による予測値と実験値を比較し、気相流速82-250m/sの範囲において抜山-棚沢の式がSMDを良い精度で予測できることを明らかにした。

論文

Mechanism of flashing phenomena by microwave heating and influence of high dielectric constant solution

藤田 峻也*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 湯淺 朋久*; 瀬川 智臣; 加藤 良幸; 川口 浩一; 石井 克典

Proceedings of 11th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-11) (Internet), 7 Pages, 2018/11

使用済燃料の再処理工程において、硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液をマイクロ波加熱脱硝法により、酸化ウラン・酸化プルトニウム混合酸化物粉末に転換しており、今後、量産規模の脱硝技術を開発する上で、マイクロ波加熱時の突沸及び噴きこぼれ防止のために運転条件の把握が求められる。本研究において、溶液の誘電率の増加に伴い熱伝導係数が低下することを明らかにした。また、噴き上げ現象においては気泡成長よりも無数の微小気泡の発生が支配的に影響を及ぼすと考えられる。

論文

Mechanism of flashing phenomena induced by microwave heating

藤田 峻也*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 湯浅 朋久*; 瀬川 智臣; 山田 美一; 加藤 良幸; 石井 克典

Proceedings of 26th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-26) (Internet), 8 Pages, 2018/07

使用済燃料を再処理する工程において、マイクロ波加熱脱硝法により、硝酸ウラニル・硝酸プルトニウム混合溶液から酸化ウラン・酸化プルトニウム混合酸化物粉末を製造している。将来に向けた量産規模の脱硝技術開発において、マイクロ波加熱時の沸騰中の突沸及び噴きこぼれを防止するため、十分に運転条件を把握することが求められる。本研究においては、高誘電損失の硝酸ウラニル水溶液の模擬物質として塩化カリウム水溶液において、KCl濃度の増加に伴う誘電損失の増加に伴い、溶液表面でマイクロ波が損失することを実験及び電磁場解析により確認し、加熱状態の変化が突沸の発生に影響を及ぼすことを明らかにした。

論文

Visualization study on droplet-entrainment in a high-speed gas jet into a liquid pool

杉本 太郎*; 齋藤 慎平*; 金子 暁子*; 阿部 豊*; 内堀 昭寛; 大島 宏之

Proceedings of 26th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-26) (Internet), 7 Pages, 2018/07

Na冷却高速炉の蒸気発生器内伝熱管破損時Na-水反応現象に対する数値解析コードの妥当性評価に資するため、水中に高圧空気が噴出した際に噴流の気液界面から液滴がエントレインされる様子を可視化し、その挙動について調べた。本実験により、気液界面から比較的大きい径の液滴が生成した後、小径の液滴へ微粒化するなどの挙動を明らかとした。

論文

Flushing phenomena and flow structure by microwave heating

藤田 峻也*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 長南 史記*; 湯浅 朋久*; 八巻 辰徳*; 瀬川 智臣; 山田 美一

Proceedings of 25th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-25) (CD-ROM), 8 Pages, 2017/07

核燃料サイクルにおける使用済み燃料の再処理の転換工程においてマイクロ波加熱脱硝法が使用されている。マイクロ波加熱では沸騰現象を伴うことから、突沸及び噴き零れを避ける運転条件を十分に把握する必要がある。マイクロ波加熱時の突沸現象を明らかにするため、突沸の発生について高速度カメラによる詳細な観察を実施した結果、マイクロ波照射により加熱が進行し単一気泡による突沸に至るケース、気泡の生成と停止が間欠的に起こり、最終的に単一気泡による突沸に至るケース、気泡生成を伴わず蒸発が進行するケースの3種類に分類できることを明らかにした。また、突沸を引き起こす単一気泡周辺の流れ構造の可視化に成功した。さらに、液体表面の微小気泡を観察し、その生成と成長に対する必要熱量とマイクロ波加熱に伴う放出熱量との比較評価を行い、突沸と微小気泡との関係性を明らかにした。

論文

実環境におけるベンチュリスクラバの除染性能に関する予測評価

堀口 直樹; 吉田 啓之; 上澤 伸一郎; 阿部 豊*

第22回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集(USB Flash Drive), 4 Pages, 2017/06

ベンチュリスクラバは原子力発電所におけるフィルタ付ベントシステムの構成機器として導入されており、核分裂生成物を含む微小なエアロゾルを除去する役割がある。しかしながら、ベントシステムの運用時に想定されうる全ての圧力条件範囲において除染性能を予測する手法はない。そこで、本研究は、機構論的な流動解析コードをベースとした除染性能解析手法を構築し、これによって実環境で想定される流動及び除染性能に関する知見を得ることを目的とした。解析の結果、ベンチュリスクラバの入口圧力が下がるにつれ、ベンチュリスクラバ喉部での流入する気相の速度は抑制されること、自吸される液相速度は変化すること、除染係数は増減傾向となることがわかった。またエアロゾル径が大きくなるにつれ除染係数が増加することがわかった。

論文

Numerical simulation of two-phase flow behavior in Venturi scrubber by interface tracking method

堀口 直樹; 吉田 啓之; 阿部 豊*

Nuclear Engineering and Design, 310, p.580 - 586, 2016/12

 被引用回数:3 パーセンタイル:39.97(Nuclear Science & Technology)

So celled multi Venturi scrubbers systems are installed in light water reactor systems to realize filtered venting at accident. This system is composed of many Venturi scrubbers (VS) and a water pool. However, the scrubbing mechanism of the self-priming VS including effects of gas mass flow rate and shape of the VS are understood insufficiently in the previous studies. Therefore, we started numerical and experimental study to understand the detailed two-phase flow behavior in the VS. In this paper, to understand the VS operation characteristics for the filtered venting, we performed numerical simulations of two-phase flow behavior in the VS. In the first step of this study, we perform numerical simulations of supersonic flow by the TPFIT to validate the applicability of the TPFIT for high velocity flow like flow in the VS. In the second step, numerical simulation of two-phase flow behavior in the VS including self-priming phenomena. As the results, dispersed flow in the VS was reproduced in the numerical simulation, as same as the visualization experiments.

論文

Development of evaluation method for hydraulic behavior in venturi scrubber for filtered venting

堀口 直樹; 吉田 啓之; 中尾 泰大*; 金子 暁子*; 阿部 豊*

Proceedings of 10th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-10) (USB Flash Drive), 7 Pages, 2016/11

The filtered venting system is used to realize the venting of the high pressure contaminated gas from the PCV to the outside of the nuclear power plant with suppressing the release of the radioactive materials. To operate the filtered venting system effectively, it is important to evaluate the decontamination performance of this system. The Venturi scrubber is the main component of the systems, and decontamination performance is affected by the hydrodynamic behavior in the Venturi scrubber. In this study, to develop the decontamination performance evaluation method of the filtered venting system, numerical simulation method to predict hydrodynamic behavior in the Venturi scrubber has been developed. In this paper, experimental observation under adiabatic (air-water) condition was conducted, and a numerical simulation code with one-dimensional two-fluid model was developed based on experimental results. In addition, numerical results were validated by comparing with experimental results. As the results, it was confirmed that it has the capability to evaluate the parameters with following accuracy, superficial gas velocity with +30%, the static pressure in throat part with $$pm$$10%, superficial liquid velocity with $$pm$$80%, droplet diameter with $$pm$$30% and the droplet ratio with -50%.

論文

Hydrogen sites in the dense hydrous magnesian silicate phase E; A Pulsed neutron powder diffraction study

豊岡 尚敬*; 奥地 拓生*; Purevjav, N.*; 阿部 淳*; Harjo, S.

Physics and Chemistry of Minerals, 43(4), p.267 - 275, 2016/04

 被引用回数:3 パーセンタイル:65(Materials Science, Multidisciplinary)

Hydrogen site positions and occupancy in the crystal structure of dense hydrous magnesium silicate (DHMS) phase E were determined for the first time by pulsed neutron powder diffraction. A fully deuterated pure phase E powder sample, which had space group $$R$$$$overline{3}$$m and lattice parameters of $$a$$ = 2.97065(8) ${AA}$ and $$c$$ = 13.9033(4) ${AA}$, was synthesized at 15 GPa and 1100$$^{circ}$$C. Through quantitative evaluation of refined structure parameters obtained with sufficient spatial resolution and very high signal-to-background ratio, we conclude that the O-D dipoles in the refined phase E structure are tilted by 24$$^{circ}$$ from the direction normal to the layers of edge-shared MgO$$_{6}$$ octahedra (octahedral layers). The tilted dipole structure of phase E is in remarkable contrast to that of brucite, Mg(OH)$$_{2}$$, which has dipoles exactly normal to the octahedral layer.

論文

Breakup and fragmentation behavior of molten material jet in multi-channel of BWR lower plenum

齋藤 隆介*; 阿部 豊*; 吉田 啓之

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(2), p.147 - 160, 2016/02

 被引用回数:4 パーセンタイル:29.47(Nuclear Science & Technology)

To estimate the current status of Reactor Pressure Vessel of Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant, it is important to clarify the breakup and the fragmentation behavior of molten material jet in BWR lower plenum by a numerical simulation. To clarify the effects of complicated structures on jet breakup and fragmentation behavior, we conduct visualized experiments simulating the severe accident in the BWR by using the multi-channel experimental apparatus. In this study, the jet falling behavior, the jet breakup length, the fragmentation behavior and internal/external velocity profiles of the jet are observed by the backlight method and the particle image velocimetry. It is clarified that the complicated structures prolong the jet breakup length or make the fragments fallen together to the lower plenum similar to the bulk state. In addition, it is clarified that strong shearing stress occurs at the crest of interfacial waves at the side of the jet. Finally, the fragment diameters measured in the present study well agree with the theory suggested by Kataoka et al. (1983) by changing the coefficient term. Thus, it is suggested that the fragmentation mechanism is mainly controlled by shearing stress and the fragment diameter can be estimated by adjusting the constant term.

論文

New AESJ thermal-hydraulics roadmap for LWR safety improvement and development after Fukushima accident

中村 秀夫; 新井 健司*; 及川 弘秀*; 藤井 正*; 梅澤 成光*; 阿部 豊*; 杉本 純*; 越塚 誠一*; 山口 彰*

Proceedings of 16th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-16) (USB Flash Drive), p.5353 - 5366, 2015/08

The Atomic Energy Society of Japan developed a New Thermal-Hydraulics Safety Evaluation Fundamental Technology Enhancement Strategy Roadmap (TH-RM) for LWR Safety Improvement and Development after Fukushima-Daiichi Accident through collaboration of utilities, vendors, universities, research institutes and technical support organizations for regulatory body. The revision has been made by three sub working groups (SWGs), by considering the lessons learned from the Fukushima-Daiichi Accident. The safety assessment SWG pursued development of safety assessment computer codes. The fundamental technology SWG pursued safety improvement and risk reduction via improved accident management measures by referring the technical map for severe accident established by severe accident SWG. Twelve important subjects have been identified, and Fact Sheet was developed for each of subjects for research and development. External hazards are also considered how to cope with from thermal-hydraulic safety point of view. This paper summarizes the revised TH-RM with several examples and future perspectives.

論文

Numerical study on influence of Ohnesorge number and Reynolds number on the jet breakup behavior using the lattice Boltzmann method

岩澤 譲*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 金川 哲也*; 齋藤 慎平*; 松尾 英治*; 海老原 健一; 坂場 弘*; 小山 和也*; 成合 英樹*

Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 7 Pages, 2015/05

高速炉の炉心溶融事故時における事故後冷却性評価のために、冷却材中にジェット状に射出された溶融燃料の微粒化挙動を詳細に把握することが望まれている。本研究では、粘性がジェット挙動に与える影響を調べるために、3次元二相流体格子ボルツマンモデルを用いたジェット挙動の数値シミュレーションを行い、結果をオーネゾルゲ数とレイノルズ数で整理した。結果として、ジェット挙動の評価には、ジェットの粘性と同様に冷却材の粘性の影響も考慮する必要があることを示した。

論文

Development of numerical simulation for jet breakup behavior in complicated structure of BWR lower plenum, 6; Influence of the simulant molten fuel properties on jet breakup phenomenon in multi-channels

鈴木 貴行; 吉田 啓之; 阿部 豊*; 金子 暁子*

Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 7 Pages, 2015/05

BWRの安全性向上のため、福島第一原子力発電所事故における炉内状況を把握することは必要であり、特に炉心溶融事故発生時の溶融燃料の流動挙動を評価することは重要である。溶融燃料が炉心下部から圧力容器下部に落下する際に形成される溶融ジェットの挙動は、BWR下部プレナムに存在する、制御棒案内管等の影響を受けることが予想される。そこで原子力機構では、溶融ジェット挙動について、複雑構造物の影響を含め評価できる解析手法を開発している。本研究では、原子力機構で開発中の詳細二相流解析コードTPFITを拡張することにより、複雑な構造物の影響を含めて溶融燃料落下挙動を評価できる解析手法を開発する。本報告では、TPFITをもとに開発中の解析手法を用い、模擬溶融物質の物性値が溶融ジェット挙動に与える影響について評価した。その結果、模擬物質の物性値のうち密度及び表面張力が、溶融ジェットの微粒化挙動に対して最も大きな影響を与えることが分かった。

論文

Numerical simulation of self-priming phenomena in venturi scrubber by two-phase flow simulation code TPFIT

堀口 直樹; 吉田 啓之; 金川 哲也*; 金子 暁子*; 阿部 豊*

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

原子炉における炉心溶融を伴うシビアアクシデント時において、放射性物質の拡散を抑制し、かつ格納容器の保護のため除熱および減圧するための手段としてフィルタードベントがある。本研究は、ベンチュリースクラバーを用いたフィルタードベントの作動特性を明らかにすることを目的として、実験ならびに解析を行っている。これまでの研究により、単一ベンチュリースクラバーにおいて、気相流入量がある一定以上になった場合、自吸停止に至る可能性を明らかにした。本報告では、詳細二相流解析コードTPFITを用いて、ベンチュリースクラバー内の二相流解析を行い、自吸現象に対する数値予測を行うと共に、液滴発生のメカニズムについて検討した結果について報告する。

論文

Development of prediction technology of two-phase flow dynamics under earthquake acceleration, 16; Experimental and numerical study of pressure fluctuation effects on bubble motion

加藤 由幹; 吉田 啓之; 横山 諒太郎*; 金川 哲也*; 金子 暁子*; 文字 秀明*; 阿部 豊*

Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 8 Pages, 2015/05

In this study, visualization experiment for the bubbly flow in a horizontal pipe excited by oscillation acceleration was performed to understand bubbly flow behavior under earthquake acceleration. Liquid pressure was also measured at upstream and downstream of the test section. In addition, to consider detailed effects of pressure gradient on bubble motion, numerical simulation of two-phase flow in horizontal pipe with vibration was performed by a detailed two-phase flow simulation code with an advanced interface tracking method: TPFIT. Based on observed images and calculated results, bubble velocity was evaluated. It was confirmed that the pressure gradient amplitude increased with the increase of the frequency of the table. In addition, it was observed that the bubble velocity amplitude also increases with the increase of the frequency of the table. It was concluded that the bubble motion was strongly affected by the pressure gradient in the test section.

論文

The Criteria of flushing phenomena under microwave heating

八巻 辰徳*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 山田 美一; 藤井 寛一*

Journal of Nuclear Science and Technology, 52(2), p.241 - 250, 2015/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:65.45(Nuclear Science & Technology)

日本ではマイクロ波加熱脱硝(MH)法により、使用済み燃料から回収したU-Pu混合硝酸溶液からU-Pu混合酸化物(MOX)粉末が得られる。このMH法によって得られたMOX粉末はFBR用MOX燃料として利用される。MH法では沸騰現象が伴うことから、将来に向けた量産規模の脱硝技術開発には、突沸及び噴きこぼれを避ける運転条件を把握する必要がある。そこで本研究では、マイクロ波加熱時の沸騰現象の解明を目的とし、解明への第一ステップとして蒸留水を用いた実験を実施した。突沸は単一気泡の発生がトリガーとなって突沸に発生に至ることが観測された。また、突沸現象の発生限界は、液体に吸収される熱量と液面から放出される熱量に相関することが明らかとなった。

論文

格子ボルツマン法によるジェットブレイクアップ挙動解析

松尾 英治*; 阿部 豊*; 岩澤 譲*; 海老原 健一; 小山 和也*

日本機械学会論文集(インターネット), 81(822), p.14-00409_1 - 14-00409_20, 2015/02

ナトリウム冷却高速炉の炉心崩壊事故を想定した場合、溶融炉心材料の冷却材へのジェットのブレイクアップ挙動を理解することが必要であることから、流体力学的相互作用によるジェットブレイクアップ挙動を格子ボルツマン法(LBM)を用いシミュレーションした。まず、実験との比較により、LBMのジェットブレイクアップシミュレーションへの適用可能性を検証した。さらに、ウェーバー数及びフルード数などの無次元数の影響をLBMを使って調べた。その結果、ジェット界面が不安定になる場合、ジェットブレイクアップ長さはフルード数に依存せず、エプスタインの相関式とよく一致することが分かった。なお、本論文は、日本機械学会第18回動力・エネルギー技術シンポジウムでの発表内容を詳細にまとめたものである。

論文

Development of evaluation method of liquid flow rate by self-priming phenomena in venturi scrubber

堀口 直樹; 吉田 啓之; 金川 哲也*; 金子 暁子*; 阿部 豊*

Proceedings of 9th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-9) (CD-ROM), 5 Pages, 2014/11

A Multi Venturi Scrubber System (MVSS) is one of the filtered venting devices, and used for existing reactors in Europe. One of the main components of the MVSS is a self-priming Venturi Scrubber (VS). It is considered that a dispersed or dispersed annular flow is formed in the VS by a self-priming phenomena. In the self-priming phenomena, the liquid was suctioned from a surrounding region to the inside of the VS. And a part of the radioactive materials in the gas are eliminated to the liquid through the gas-liquid interface of the dispersed or annular dispersed flow. Therefore, to consider the MVSS operation characteristics, it is important to evaluate the liquid flow rate of the self-priming of the VS including the occurrence condition of the self-priming. In this paper, to understand the self-priming phenomena of the VS for the filtered venting, theoretical preliminary analysis for evaluating liquid flow rate of the self-priming of the VS and experiment to observe self-priming phenomena and measure the liquid flow rare of the self-priming were performed. By comparing these results, we discussed about the mechanism of the self-priming phenomena. As a result, the self-priming phenomena in the VS was observed. In addition, at a higher gas mass flux, the suspension of the self-priming phenomena was confirmed both experimentally and theoretically.

論文

Development of prediction technology of two-phase flow dynamics under earthquake acceleration

吉田 啓之; 永武 拓; 高瀬 和之; 金子 暁子*; 文字 秀明*; 阿部 豊*

Mechanical Engineering Journal (Internet), 1(4), p.TEP0025_1 - TEP0025_11, 2014/08

In this study, to develop the predictive technology of two-phase flow dynamics under earthquake acceleration, a detailed two-phase flow simulation code with an advanced interface tracking method TPFIT was expanded. In addition, the bubbly flow in a horizontal pipe excited by oscillation acceleration and under the fluctuation of the liquid flow was simulated by using the modified TPFIT. In the results, it was confirmed that the modified TPFIT can predict time dependent velocity distribution around the bubbles and shapes of bubbles qualitatively. The main cause of bubble deformation observed is large shear stress at the lower part of the bubble, and this large shear stress is induced by the velocity difference between the liquid phase and bubble. Moreover, we discussed about the difference between both effects of flow rate fluctuation and structure vibration on two-phase flow. In the results, bubble acceleration of the structure vibration case was larger than that of the flow rate fluctuation case. Finally, it was concluded that unsteady shear stress induced by vibration of the pipe wall was one of the main driving forces of bubble motion in structure vibration case.

論文

Relationship between self-priming and hydraulic behavior in venturi scrubber

堀口 直樹; 吉田 啓之; 金子 暁子*; 阿部 豊*

Mechanical Engineering Journal (Internet), 1(4), p.TEP0026_1 - TEP0026_11, 2014/08

As revealed by Fukushima Daiichi nuclear disaster, countermeasures against severe accident in nuclear power plants are an urgent need. In particular, from the viewpoint of protecting containment and suppressing the diffusion of radioactive materials, it is important to develop a device which allows filtered venting of contaminated high pressure gas. In the filtered venting system that used in European reactors, so called Multi Venturi Scrubbers System is used to realize filtered venting without any power supply. This system is able to define to be composed of Venturi Scrubbers (VS) and a bubble column. In the VS, scrubbing of the contaminated gas is promoted by both gas releases through a submerged VS and gas-liquid contact with splay flow formed by liquid suctioned through a hole provided in the throat part of the VS. This type of VS is called self-priming ones. However, the mechanism of the self-priming VS are understood insufficiently in the previous studies. In this study, to understand operation characteristics of the VS for filtered venting, we discussed the mechanisms of self-priming phenomena and hydraulic behavior in the VS. In this paper, we conduct visualized observation of the hydraulic behavior in the VS and measure the liquid flow rate in the VS for understanding self-priming. As results, it is shown that the possibility that the VS decontamination performance falls low level with no self-priming.

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