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論文

Effect of porosity distribution on two-phase pressure drop in a packed bed

栗崎 達也*; 伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 今泉 悠也; 松場 賢一; 神山 健司

Proceedings of 11th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-11) (Internet), 3 Pages, 2018/11

ナトリウム冷却高速炉のシビアアクシデント時の炉心部での燃料デブリの冷却(インプレース冷却)における冷却性を評価するにあたっては、デブリベッド内の気液二相流の圧力損失の評価が重要な要素の一つである。その予測式としてはLipinskiモデルが提案されているものの、空隙率の空間分布が均一でない場合には予測精度が低下すると考えられる。そのため、空隙率分布が均一でない充填層での気液二相流の圧力損失を測定する実験を行い、流路断面を分割することにより圧力損失を評価するようLipinskiモデルを修正した。その結果、修正Lipinskiモデルは元のLipinskiモデルよりも良好に実験値を予測することを確認した。

論文

Estimation of porosity and void fraction profiles in a packed bed of spheres using X-ray radiography

伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 青柳 光裕; 松場 賢一; 神山 健司

Nuclear Engineering and Design, 334, p.90 - 95, 2018/08

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

多孔質媒体を通過する二相流を理解することは、軽水炉のみならずナトリウム冷却高速炉を対象としたシビアアクシデント解析コードを開発する上でも必要なことである。ナトリウム冷却高速炉の炉心損傷事故時には溶融燃料と冷却材が相互作用した結果として、多孔質状のデブリベッド内で気液二相流が形成されると考えられる。このような多孔質媒体中における二相流場の特性を明らかにするためには、局所的な空隙率とその分布を把握することが重要である。本研究では、X線ラジオグラフィを用いて球体充填層内における局所空隙率を測定するとともに、その径方向分布を評価し、従来の空隙率モデルと比較した。さらに、球体充填層内を通過する空気と水の二相流におけるボイド率の径方向分布を得た。

論文

Two-phase flow measurements in a simulated debris bed

伊藤 大介*; Rivera, M. N.*; 齊藤 泰司*; 青柳 光裕; 神山 健司; 鈴木 徹*

Proceedings of 17th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-17) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2017/09

Two-phase flow through porous media must be well understood to develop a severe accident analysis code not only for light water reactor (LWR) but also sodium-cooled fast reactor (SFR). When a core disruptive accident occurs in SFR, the fuel inside the core become melted and interacts with the coolant. As a result, gas-liquid two-phase flow will be formed in the debris bed, which may have porous nature depending on the cooling process. Thus, as first step, the present work focuses on the characteristics of pressure drop in two-phase flows in different porous media conditions (porous size, liquid and gas flow velocity). To construct an experimental database, the measured pressure drop under different conditions was compared with existing correlations. In addition, X-ray radiography, which is very helpful to understand the two-phase structure inside the porous media, was applied to measure porosity and void fraction distribution in the packed bed of spheres.

論文

Measurements of two-phase pressure drop in a simulated debris bed

Nava, M.*; 伊藤 大介*; 齊藤 泰司*; 青柳 光裕; 神山 健司; 鈴木 徹*

Proceedings of 25th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-25) (CD-ROM), 5 Pages, 2017/07

Two-phase flow through porous media should be well understood to develop a severe accident analysis code not only for light water reactor but also sodium cooled fast reactor (SFR). When a core disruptive accident occurs in SFR, the fuel inside the core become melted and interacts with the coolant. As a result, gas-liquid two-phase flow will be formed in the debris bed, which may have porous nature depending on the cooling process. Thus, as first step, the present work focuses on the characteristics of pressure drop in single and two-phase flows in different porous media conditions (porous size, liquid and gas flow velocity). In addition, in order to construct an experimental database, the measured pressure drop under different conditions was compared with existing correlations.

論文

Characteristics of pressure drop and void fraction in a simulated debris bed

伊藤 大介*; Nava, M.*; 齊藤 泰司*; 青柳 光裕; 神山 健司; 鈴木 徹*

Proceedings of 2017 Japan-US Seminar on Two-Phase Flow Dynamics (JUS 2017), 4 Pages, 2017/06

Two-phase flow through porous media should be well understood to develop a severe accident analysis code not only for light water reactor but also sodium-cooled fast reactor (SFR). When a core disruptive accident occurs in SFR, the fuel inside the core become melted and interacts with the coolant. As a result, gas-liquid two-phase flow will be formed in the debris bed, which may have porous nature depending on the cooling process. Thus, as first step, the present work focuses on the characteristics of pressure drop in two-phase flows in different porous media conditions (porous size, liquid and gas flow velocity). In addition, to construct an experimental database, the measured pressure drop under different conditions was compared with existing correlations.

報告書

高密度比気液二相流に関する基礎研究(先行基礎工学研究に関する共同研究報告書)

三島 嘉一郎*; 日引 俊*; 齊藤 泰司*; 飛田 吉春; 小西 賢介; 鈴木 徹

JNC-TY9400 2000-018, 72 Pages, 2000/07

JNC-TY9400-2000-018.pdf:3.92MB

高速炉の炉心損傷事故時に形成される燃料-スティール混合プールの沸騰挙動を解明するためには、溶融金属を含む気液二相プールの流動特性を把握することが必要である。これは、気体に対する液体の密度比が高いため、その流動特性が通常とは異なる可能性があるからである。そこで、本研究ではこのような高密度比気液二相流の流動特性に関する基礎研究として、中性子ラジオグラフィを用いて窒素ガス-溶融金属(鉛ビスマス)二相流の可視化・流動特性計測を行ない、気泡形状、ボイド率および液相の速度分布などの基礎データを取得するとともに、同データを活用してサイクル機構で開発中のSIMMER-IIIコードで用いられている運動量交換モデルの検証・改良を行った。中性子ラジオグラフィによる窒素ガス-溶融金属二相流の可視化では、ボイド率や気相流束が小さい場合には変形した楕円状気泡が現れ、大きい場合にはキャップ状気泡が現れることが確認された。また、実験結果を既存の実験相関式と比較することによりSIMMER-IIIコードに適用可能な相関式を提案した。さらに、金カドミウムトレーサを用いた可視化実験を行い、ボイド率の定量化に用いた画像処理法を応用することによって液相速度場が計測できることを示した。一方、SIMMER-IIIコードによる解析では、楕円状気泡が現れる場合は従来の運動量交換モデルを用いることが適切であり、キャップ状気泡が現れる場合は実験で提案された相関式を用いることによってSIMMER-IIIの予測精度が格段に向上することが明らかになった。さらに、気泡の形状に応じて運動量交操モデル中の抵抗係数を切り替える新たなモデルを提案し、気泡流領域の広いボイド率範囲にわたってSIMMER-IIIは高密度比気液二相流の流動を再現できるようになった。

口頭

ナトリウム冷却高速炉における損傷炉心内の冷却材挙動に関する研究,1; 模擬デブリ内気液二相流の可視化計測

伊藤 大介*; Rivera, M.*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 青柳 光裕; 松場 賢一; 神山 健司

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉における炉心損傷事故評価において、炉心残留燃料の冷却特性を正確に評価することが重要である。本研究では、模擬デブリ体系における空気-水系二相流の二相差圧特性やボイド率分布挙動について実験的に調べる。

口頭

Visualization of two-phase flow through a packed bed of spheres in a circular pipe

伊藤 大介*; Rivera, M. N.*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 青柳 光裕; 松場 賢一; 神山 健司

no journal, , 

Two-phase flow through porous media is an important phenomenon to develop a severe accident analysis code for nuclear reactors. When a core disruptive accident occurs in sodium-cooled fast reactor, the fuel inside the core become melted and interacts with the coolant. As a result, gas-liquid two-phase flow will be formed in the debris bed, which may have porous nature depending on the cooling process. Thus, the present work focuses on the two-phase flow structure in different porous media conditions (porous size, liquid and gas flow velocity). In this study, X-ray radiography, which is very helpful to understand the two-phase structure inside the porous media, was applied to measure porosity and void fraction distribution in the packed bed of spheres.

口頭

ナトリウム冷却高速炉における損傷炉心内の冷却材挙動に関する研究,2; 模擬デブリ内ナトリウム沸騰二相流試験の概念検討

青柳 光裕; 松場 賢一; 神山 健司; 伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉の炉心損傷事故において、損傷炉心領域に残留する燃料の冷却性は事故の炉容器内終息達成に影響する重要因子の一つである。本報では、研究の全体計画及び加熱した模擬デブリ体系におけるナトリウムを用いた沸騰二相流試験の概念検討等について報告する。

口頭

ナトリウム冷却高速炉における損傷炉心内の冷却材挙動に関する研究,3; 模擬デブリ内における気液二相流圧力損失の計測

栗崎 達也*; 伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 青柳 光裕; 松場 賢一; 神山 健司

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉における炉心損傷事故評価において、炉心残留燃料の冷却特性を正確に評価することが重要である。本研究では模擬デブリ体系における気液二相流の圧力損失について実験的に調べる。

口頭

ナトリウム冷却高速炉における損傷炉心内の冷却材挙動に関する研究,4; 模擬デブリ内における空隙率分布を考慮した圧力損失評価

栗崎 達也*; 伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 今泉 悠也; 松場 賢一; 神山 健司

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉のシビアアクシデント時の炉心部での燃料デブリの安定的な冷却(インプレース冷却)を評価する一つの指標として、デブリベッド内の気液二相流圧力損失が挙げられる。その予測式としてはLipinskiモデルが提案されているものの、空隙率の空間分布が均一でない場合には予測精度が低下すると考えられる。そのため、空隙率分布が均一でない充填層での気液二相流に対して、流路断面を分割することにより圧力損失を評価する手法を提案し、その妥当性について実験値との比較検討を行った。

口頭

バスタブ渦のモデル化に関する研究

伊藤 啓; 伊藤 大介*; 齊藤 泰司*; 江連 俊樹; 田中 正暁

no journal, , 

高速炉の安全研究において、自由液面におけるくぼみ渦(バスタブ渦)によって引き起こされるガス巻込み現象の評価が非常に重要である。本研究では、バスタブ渦によるガス巻込み現象に関する理解を深めるため、下降流速分布を考慮した渦モデルについて液面形状の評価精度の検証を行い、下降流速分布の模擬性向上とともに液面形状の評価誤差が減少することを確認した。

口頭

模擬デブリ内における気液二相流の圧力損失特性

伊藤 大介*; 栗崎 達也*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 青柳 光裕; 松場 賢一; 神山 健司

no journal, , 

高速炉の損傷炉心部で形成される燃料デブリベッドの冷却特性を評価するため、デブリベッド内気液二相流の圧力損失特性についての十分な理解が必要となる。本研究では、空隙率分布が試験部内における圧力損失やボイド率分布へ及ぼす影響について報告する。

口頭

中性子透過率スペクトルの解析による溶融Pb-Bi中の構造の解析

大場 洋次郎; 伊藤 大介*; 齊藤 泰司*; 小野寺 陽平*; Parker, J.*; 篠原 武尚; 及川 健一

no journal, , 

中性子透過率は、大きく分けて吸収による減衰と散乱による減衰の2成分から成る。この散乱成分を解析できれば、中性子透過率から構造の情報が得られるようになり、様々な実験に応用できると考えられる。この散乱成分の解析手法は、結晶構造を持つ固体材料による散乱についてはブラッグエッジ解析として確立されているが、液体の散乱については研究が進んでいない。そこで本研究では、加速器駆動システムの冷却材等として研究されている溶融鉛ビスマスの中性子透過率を測定した。その結果、観測された中性子透過率は、液体の散乱プロファイルから見積もった減衰成分によって説明でき、中性子透過率から液体の構造に関する情報が得られることがわかった。

口頭

周期細孔構造を有するデバイスの開発

酒井 卓郎; 飯倉 寛; 伊藤 大介*; 齊藤 泰司*

no journal, , 

細管状の周期構造を有する基板と焼結体を利用して、2種類の中性子イメージング用のデバイス開発を行った。前者に関しては、細管系25$$mu$$mのキャピラリプレートに蛍光体粉末であるZnS(Ag)を充填し、中性子補足体である$$^{10}$$B濃縮ホウ酸の含浸を行い、中性子イメージング用の蛍光板を作製した。後者に関しては、自動車排ガス処理用焼結体である多孔セラミック(細管ピッチ$$sim$$700$$mu$$m)に、酢酸ガドリニウムの含浸処理を行い、中性子用ソーラースリットを製作した。デバイスとしての性能評価を行うため、KUR E-2ポートに於いて中性子照射実験を行い、中性子用蛍光版、及びソーラースリットとして利用できることを確認した。

口頭

Energy-resolved analysis of neutron transmission of molten lead bismuth eutectic

大場 洋次郎; 伊藤 大介*; 齊藤 泰司*; 小野寺 陽平*; Parker, J. D.*; 篠原 武尚; 及川 健一

no journal, , 

パルス中性子の利用技術の発展に伴い、ブラッグエッジ解析に代表されるように、中性子透過率測定による中性子散乱成分の解析が可能になり、その結晶材料の中性子イメージングへの応用が広がってきている。しかしながら、液体やアモルファスの中性子回折による中性子透過率の減少については、これまで注目されていなかった。そこで、溶融鉛ビスマスの中性子透過率スペクトルを測定し、中性子回折による減少成分の解析に取り組んだ。中性子透過率スペクトルにおける減少成分は、中性子回折プロファイルの積分と考えられることがわかった。過去の文献に基づいて溶融鉛ビスマスの中性子回折プロファイルから中性子透過率スペクトルを計算した結果、実験的に得られた中性子透過率スペクトルを定性的によく説明することができた。講演では、より定量的な解析に向けた議論や実験的な取り組みについても説明する。

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