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武田 哲明; 一宮 浩一*; 山内 大樹*
日本機械学会論文集,B, 74(748), p.189 - 196, 2008/12
本研究では、高温ガス炉水素製造用水蒸気改質器を対象に高空げき率多孔性材料を用いた伝熱促進法が適用可能かどうかを調べるため、水蒸気改質器の流路構成を模擬した実験装置を用いた伝熱流動実験を行い、伝熱流動特性を明らかにするとともに水蒸気改質器への本方法の適用性を検討した。その結果、流路全体で平均したヌセルト数は層流の範囲において、平滑環状流路の値に対して約4倍、ポンプ動力が一定の条件で、伝熱管温度が約400
Cのときに伝熱量は約1.3倍増大した。水蒸気改質器への適用性を検討した結果、空げき率や流量等の最適化に検討の余地は残されているものの十分適用可能である見通しを得た。
武田 哲明*; 一宮 浩一*; 西尾 仁志*; 中川 繁昭; 高松 邦吉
Proceedings of 7th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-7) (CD-ROM), 11 Pages, 2008/10
超高温ガス炉(VHTR)の安全審査に対して、炉心の固有の安全性及び解析手法の妥当性を示すために、高温工学試験研究炉(HTTR)で実施された安全性実証試験のデータを用いて、炉内温度分布解析を行った。比較対象としては、原子炉スクラムを生じない冷却材流量部分喪失試験の実測値を用いた。また、すべてのガス循環機をストップさせる冷却材喪失試験及び、前者の試験と同時に炉容器冷却機能を喪失させる炉容器冷却設備停止試験の事前解析も行った。これらの試験中の炉内温度分布を汎用解析コードSTAR-CDを用いて高精度で解析できれば、本研究で用いた手法をVHTRの設計に活用することができる。本研究では原子炉圧力容器,炉容器冷却設備及びコンクリートを含めた炉内温度分布解析の結果を示し、冷却材流量喪失時における輻射伝熱の重要性について明らかにした。
武田 哲明; 一宮 浩一*
Proceedings of 15th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-15) (CD-ROM), 4 Pages, 2007/04
日本原子力研究開発機構では高温ガス炉(HTGR)により得られる高温の熱を用いて、天然ガスの水蒸気改質法による水素製造システムの技術開発を進めてきた。高温ガス炉水素製造システムでは高温のヘリウムガスにより水蒸気改質器の反応管を加熱する。このシステムでは、水蒸気改質器の反応管外表面に直交フィンを設け、この反応管をガイド管内に挿入した環状流路構造を採用している。しかしながら、フィン付き反応管の製作性や加工に伴う構造強度の低下を考慮しなければならない。そこで、水蒸気改質器の流路構成を模擬した試験装置を用いて伝熱流動実験を行い、高空げき率多孔性材料を用いた伝熱促進法と水蒸気改質器への適用性を検討した。
一宮 浩一*; 武田 哲明; 植村 拓也*; 範国 哲也*
日本機械学会論文集,B, 72(723), p.2747 - 2752, 2006/11
本研究は、銅細線を多孔性材料として円管流路内に挿入し、空隙率が極めて1に近い状態で伝熱流動実験を行い、伝熱性能を評価するものである。その結果、代表長さとして水力学的相当直径を使用し、ヌセルト数,摩擦係数をレイノルズ数と空隙率との関係で整理することができた。さらに、これらの関係を使用して、多孔性材料の有無によるヌセルト数比を求めると低レイノルズ数で空隙率が1に近い方が効果的であることを明らかにした。エントロピー生成評価では、エントロピー生成量を最小にするレイノルズ数の存在を示し、低レイノルズ数で比較的低空隙率で使用すると効果的であることを明らかにした。
高瀬 和之; 北村 竜明*; 久米 悦雄; 一宮 浩一*; 駒田 一郎*
日本機械学会関東支部山梨講演会(2003)講演論文集,No.030-4, p.77 - 78, 2003/00
加速器駆動核変換システムのターゲット窓形状の最適化のための研究を山梨大学と協力して行っている。本論文は原研が担当した数値解析による予備検討結果をまとめたものである。ターゲット窓は高エネルギー陽子ビームによって高熱負荷を受けるため、衝突噴流による除熱性能の向上が考えられている。ターゲット内は乱流であり、したがって数値解析には適切な乱流モデルが必要である。従来の研究から、衝突噴流場では壁面近傍の乱流成分による主流への影響が無視できないことを著者らは指摘した。本研究では、壁面近傍の乱流成分を高い精度で予測できると期待される低レイノルズ数乱流モデルを使って、現設計のターゲット形状を模擬した体系で2次元乱流解析を行い、乱れの等方性と非等方性による解析結果への影響を定量的に調べた。非等方性乱流モデルで予測した噴流衝突時の流速や乱流エネルギーの分布は実験結果の傾向をおおむね模擬できることを示した。
植村 拓也*; 武田 哲明; 一宮 浩一*
日本機械学会山梨講演会講演論文集(020-4), p.49 - 50, 2002/10
伝熱面を加工することなく流路内に繊維状の金属細線を挿入し、熱伝導率及び伝熱面積の拡大を利用した伝熱促進法において、熱伝導率の高い銅線を用いて空隙率が高い場合の熱伝達,圧力損失などの基本特性を調べる実験を行った。その結果、レイノルズ数1500から5000の範囲において平滑管の場合より20%以上の伝熱促進効果が得られた。流路壁温度が240
以下の場合、ポンプ動力一定条件下では、熱伝達率が1.3から1.5倍増大した。
坂元 美定*; 功刀 資彰; 一宮 浩一*
Album of Visualization,No. 13, 0, p.19 - 20, 1996/00
筆者らは、これまでの水平等温加熱管内における複合対流場の研究において、浮力の影響が強い場合に加熱部入口近傍の温度助走域で上流方向への逆流の発生を見出している。この逆流現象の3次元的な流れ構造および温度分布を3次元数値解析と実験により可視化し、両者の良い一致を得た。なお本例の熱流動条件は、作動流体に水を用い、Re=105、Gr=3.23
10
である。本報告は、数値解析による流線と実験による可視化写真とを組み合わせて示したものである。
秋野 詔夫; 功刀 資彰; 椎名 保顕; 一宮 浩一*; 黒沢 昭*
Flow Visualization,V, p.87 - 92, 1990/00
本論文は、感温液晶を用いて温度分布を定量的に決定できる新しい3つの方法について記したものである。これらの方法は、いずれもテレビカメラと画像処理装置を用いて、2次元的温度分布を測定できる。第一の方法は、極めて狭い透過波長域を有する光学フィルターを用いて、等波長線すなわち、等温線を決定するものである。第二の方法は、感温液晶、色彩を三原色成分に分解し、色成分と温度の間に多次元回帰式をあてはめるものである。第三の方法は、色成分より色の種別に対応する色相を定量的に評価し温度を決定するものである。これらの方法を、伝熱面上に取り付けた突起物の伝熱促進効果の測定に応用し、比較検討した。
武田 哲明; 一宮 浩一*; 山内 大樹*
no journal, ,
伝熱面を加工せずに伝熱促進が可能な方法として、高空隙率の多孔性材料を用いた伝熱促進法について実験を行い、水蒸気改質器への適用を検討した結果、以下の知見を得た。高空隙率の多孔性材料として銅線を挿入した場合の実験結果では、同じ加熱量に対し、ポンプ動力一定の条件下で、環状流路の場合の約1.2から1.3倍の除熱能力がある。流路全体の平均ヌセルト数は、環状流路の約3倍となっており、多孔性流路の特長である高い熱伝達率が得られた。本方法は、ガス加熱型の水蒸気改質器反応管の伝熱促進法として、適用することが可能である。
一宮 浩一*; 武田 哲明; 山内 大樹*
no journal, ,
高空隙率の多孔性材料を用いた伝熱促進法を一般の熱交換器や水蒸気改質器の伝熱促進に適用するため、アルゴンガスを使用して摂氏400度以上の高温場における環状流路の伝熱流動実験を行った。高温における物性値の変化を考慮して整理した結果、DalleDonneらの報告に見られる熱伝達特性の傾向と一致したことから、得られた試験データは水蒸気改質器の触媒管における伝熱促進のための基礎データとすることができた。
武田 哲明; 栃尾 大輔; 稲葉 良知; 一宮 浩一*; 西尾 仁志*
no journal, ,
汎用の熱流動数値解析コードSTAR-CDを用いて、高温工学試験研究炉(HTTR)の一次冷却材流量部分喪失試験時の解析を行い、実測値と比較するとともに、圧力容器と炉容器冷却パネル間の熱放射が圧力容器周りの構造物の温度変化に及ぼす影響を調べた。解析の結果、一次冷却材の流量が喪失した場合の圧力容器内各部温度の解析値は実測値と定量的に一致した。また、遮へい体コンクリート温度評価では、圧力容器壁面から放射熱量の評価が重要であることがわかった。
武田 哲明; 西尾 仁志*; 一宮 浩一*
no journal, ,
汎用の熱流動数値解析コードSTAR-CDを用いて、高温工学試験研究炉(HTTR)の一次冷却材流量部分喪失試験時の解析を行い、実測値と比較するとともに、圧力容器と炉容器冷却パネル間の熱放射が圧力容器周りの構造物の温度変化に及ぼす影響を調べた。熱放射を考慮した解析の結果、圧力容器側の温度は低下し、炉容器冷却システム(VCS)側のコンクリート温度は上昇するものの、構造物全体ではVCSによる冷却が十分なされていることを確認した。
武田 哲明; 西尾 仁志*; 一宮 浩一*
no journal, ,
汎用の熱流動数値解析コードSTAR-CDを用いて、高温工学試験研究炉(HTTR)の冷却材流量喪失と炉容器冷却設備停止試験時の事前解析を行い、圧力容器,炉容器冷却設備,一次遮へい体コンクリート等の構造物の温度変化を調べた。解析の結果、炉心部や圧力容器壁面の温度が低下しても、時間の経過とともに一次遮へい体コンクリート温度は上昇する箇所が存在すること、出力が高い場合には、圧力容器壁面から炉容器冷却設備への放射伝熱による遮へい体コンクリートへの放射熱量を精度よく評価する必要があることを確認した。
