Experimental study on fluid mixing phenomena in T-pipe junction with upstream elbow

木村 暢之; 小川 博志*; 上出 英樹

Nuclear Engineering and Design, 240(10), p.3055 - 3066, 2010/10

https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2010.05.019

T字管体系の配管合流部のサーマルストライピング現象について、主配管上流側のエルボがフローパターン及び温度変動に与える影響を評価するために水実験を実施した。エルボによる偏流と2次流れの影響が見られ、エルボがない体系と比べフローパターンが変化することがわかった。温度分布計測の結果から、エルボの影響により温度変動強度が広い範囲で大きい値を示すことを明らかにした。また、高速度PIV(粒子画像流速測定法)を用いた混合部の流速分布と変動挙動の計測により、エルボによる外乱が温度変動に影響を与えることがわかった。

Study on thermal stratification in a compact reactor vessel of advanced sodium cooled reactor

上出 英樹; 小川 博志; 木村 暢之; 林 謙二; 飛田 昭

Proceedings of 5th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-5), p.421 - 428, 2006/11

ナトリウム冷却高速炉においてスクラム過渡時の温度成層化現象は、炉容器の主要な熱荷重の一つである。原子力機構で検討している大型ナトリウム冷却炉の温度成層化現象を対象に、1/10縮尺水試験を実施した。設計された炉容器はコンパクト化され、多孔板で構成される炉上部機構(UIS)には燃料取り扱い機構のための切り込みを設けている。炉内には、この切り込みを通る速い流れが形成される。試験によりUIS切込み部の近傍では、温度成層界面の上下で急峻な温度分布が形成されるとともに温度変動が観測された。これらは切り込みを通るジェットが成層界面に衝突することに起因することがわかった。また、温度変動の主要な周期は成層界面上下の温度差と界面下の流速により影響を受けることを明らかにした。

サーマルストライピング現象の熱流動に関する研究; 構造物との温度変動伝達に及ぼす構造材熱物性の影響

木村 暢之; 長澤 一嘉*; 三宅 康洋*; 小川 博志; 上出 英樹

JNC TN9400 2005-037, 82 Pages, 2005/08

JNC-TN9400-2005-037.pdf:6.54MB

近年の原子カプラントにおいて、温度の異なる流体が混合し、その際に発生する温度変動が構造材に伝わることにより、構造材に高サイクル熱疲労をもたらす現象(サーマルストライピング現象)を原因とする冷却材漏洩事象が散見され、高速炉も例外ではない。その評価手法を確立することは重要な課題となっている。サーマルストライピング現象を評価する上で、流体中の温度変動特性、流体中から構造材への伝達特性、構造材中の温度変動の伝播特性を考慮し、温度変動の減衰を取り込むことで、安全性を確保した合理的な設計が可能となる。本研究では、非定常熱伝達特性に対する構造材の熱物性の影響を評価するために、構造材材質をパラメークとした平行三噴流体系水試験を実施した。流体温度は移動式の熱電対ツリーによって計測し、構造材中の温度は熱電対を埋め込んだ仕切板を噴流の流れ方向に設置することによって計測した。仕切板の材質を、アクリル、SUS316、銅とした試験を実施した。その結果、流体中の温度変動強度は、壁面から離れた位置では構造材の影響は見られないが、壁面近傍位置では、アクリルに比べ、SUS316、銅の金属材の場合に温度変動強度が小さくなる傾向を示し、構造材との熱の授受の影響を受けていることがわかった。また、構造材表面(0.125mm内部)の温度変動強度は、アクリルが最も大きく、SUS316、銅の順に小さくなり、構造材材質の熱拡散率が大きいほど温度変動が小さくなることがわかった。各構造材材質について、流体と構造の温度変動の伝達関数から熱伝達率を求めた。熱伝達率は、銅が最も大きく、アクリルが最も小さくなっており、熱拡散率が大きい構造材ほど熱伝達率が大きくなることがわかった。また、ヌッセルト数とレイノルズ数の関係、および既存相関式の比較結果より、各構造材とも、ヌッセルト数のレイノルズ数依存性は、既存式とほぼ同等であった。

サーマルスストライピングによるき裂発生・進展に及ぼす影響因子の調査

島川 貴司*; 前川 勇*; 小川 博志*

JNC TJ9440 99-018, 77 Pages, 1999/03

JNC-TJ9440-99-018.pdf:1.88MB

高速炉実用炉には、安全性とともに経済性の向上が急務とされている。コストダウンに有効な高温構造設計上のアプローチとして、設計不確定因子の一つである熱過渡荷重評価法の合理化と、低温から高温まで一貫した高温低圧設計の確立が考えられる。こうした背景の下、日本機械学会に事業団幹事による「熱荷重による構造物損傷評価手法に関する研究会」が発足した。本研究では、熱流動部門と構造材料部門の共同テーマとして、サーマルストライピング、温度成層化および系統熱過渡を含む熱荷重から構造健全性に至る熱・流動・構造の統合解析評価技術の開発を進め、高速炉のプラントの最適化に反映させていくことを計画されている。本研究は、上記計画の一環として、「サーマルストライピングによるき裂進展に及ぼす影響因子」の調査を実施したものである。主な成果を以下に示す。(1)設計上の課題の整理現状設計を調査し、熱流動ならびに構造強度評価上の課題を整理した。熱流動上の課題としては、現状もっとも信頼性が高く、近い将来工業的に応用が可能と考えられているLES(Large Eddy Simulation)の開発と標準問題による検証を急ぐべきであることが挙げられる。構造強度評価上の課題としては、金属表面温度応答の予測精度の向上や、高サイクル疲労データの整備が挙げられる。(2)現状の高サイクル熱疲労評価法の課題整理サーマルストライピングによる高サイクル疲労ではき裂発生寿命が支配的となる。しかしながら現状データの蓄積は不十分な状態であり、混合10の9乗‐10の10乗回数の疲労データをひずみ制御下で取得していく必要がある。き裂進展評価では、下限界値近傍以下の挙動の取り扱いに関する知見が十分でなく、特にランダム荷重下での下限界値の存在の有無がき裂進展挙動に大きく影響する。(3)き裂進展に及ぼす因子の感度調査サーマルストライピングによるき裂進展評価に影響を及ぼす因子として、多軸応力、熱応力、ピークひずみ、ランダム荷重、微小き裂ならびに複数き裂の進展挙動について調査した。多軸応力、熱応力、ランダム荷重や微小き裂の影響は材料試験データ外挿に反映できる。また、き裂進展挙動に対する周波数の影響、平均応力の影響ならびに一次応力の影響についてモデル化し、感度解析を行った。温度応答スペクトルとき裂進展挙動の関連についての知見が得られ、今後の熱流動分野におけ

ナトリウム冷却高速炉の温度成層化現象に関する研究; 温度成層化現象に対するコラム型UISの影響

小川 博志; 林 謙二; 木村 暢之; 上出 英樹

no journal, , 

局所的に鉛直方向の速い流れを有する原子炉容器におけるスクラム時温度成層化現象について、1/10スケール炉上部プレナム試験体を用いた原子炉トリップ時の温度分布計測を実施した。その結果、局所的な高流速が界面の温度勾配や界面の変動に大きな影響を与えていることがわかった。

コンパクト化炉容器内の温度成層化現象に関する実験研究; 炉内構造物形状の影響

小川 博志; 上出 英樹; 林 謙二; 木村 暢之

no journal, , 

経済性向上を図りコンパクト化した原子炉容器を持つナトリウム冷却高速炉における、スクラム時の温度成層化現象の解明と緩和を目的に1/10縮尺水流動試験を実施した。炉内構造物の形状として、炉心上部構造(UIS)外周に設置する多孔胴の有無について、現象に与える影響を温度測定と可視化により明らかにした。UIS多孔胴はUISより外側の鉛直方向温度勾配を緩和する効果を有することなどがわかった。