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論文

Time-resolved 3D visualization of liquid jet breakup and impingement behavior in a shallow liquid pool

木村 郁仁*; 山村 聡太*; 藤原 広太*; 吉田 啓之; 齋藤 慎平*; 金子 暁子*; 阿部 豊*

Nuclear Engineering and Design, 389, p.111660_1 - 111660_11, 2022/04

 被引用回数:3 パーセンタイル:71.05(Nuclear Science & Technology)

A new three-dimensional laser-induced fluorescent (3D-LIF) technology to obtain the hydrodynamic behavior of liquid jets in a shallow pool were developed. In this technology, firstly, a refractive index matching was applied to acquire a clear cross-sectional image. Secondly, a series of cross-sectional images was obtained by using a high-speed galvanometer scanner. Finally, to evaluate the unsteady 3D interface shape of liquid jet, a method was developed to reconstruct 3D shapes from the series of cross-sectional images obtained using the 3D-LIF method. The spatial and temporal resolutions of measurement were 4.7 $$times$$ 4.7 $$times$$ 1.0 lines/mm and 25 $$mu$$s, respectively. The shape of a 3D liquid jet in a liquid pool and its impingement, spreading and atomization behavior were reconstructed using the proposed method, successfully. The behaviors of atomized particles detached from the jet were obtained by applying data processing techniques. Diameters distribution and position of atomized droplets after detachment were estimated from the results.

口頭

浅水プール中に落下する液体ジェットの侵入挙動,3; ジェット拡がり挙動の詳細解析

吉田 啓之; 木村 郁仁*; 鈴木 貴行*; 金子 暁子*; 阿部 豊*

no journal, , 

原子力発電所過酷事故時に炉心において溶融した燃料等は、事象が進展した場合、下部の冷却材プールへ落下することが想定される。このような状況に対して、これまでに水深が十分なプールに対しての研究は行われているが、冷却材の蒸発や漏洩などにより水深が浅くなった、浅水状態(浅水プール)に対する知見は不足している。本研究では、浅水プールにおける溶融ジェットの侵入、着底、拡がり、堆積という一連の過程に対する流体力学的作用の把握を目的として、実験及び数値解析を実施している。本報では、液体ジェットが浅水中に落下し着底した後の挙動に詳細二相流解析コードTPFITを適用し、浅水プール内液体ジェット侵入実験を模擬した解析を実施した。その結果、模擬溶融物質がプールの底に着底後、ジェットは液膜状になり、液膜先端部では巻き上げられて分裂が発生するという、実験と定性的に一致する結果が得られることを確認した。

口頭

浅水プール中に落下する液体ジェットの侵入挙動,2; LIF/PIVを用いた液体ジェットの拡がり挙動と速度場の同時計測

木村 郁仁*; 吉田 啓之; 金子 暁子*; 阿部 豊*

no journal, , 

原子力発電所過酷事故時に炉心において溶融した燃料等は、事象が進展した場合、下部の冷却材プールへ落下することが想定される。このような状況に対して、これまでに水深が十分なプールに対しての研究は行われているが、冷却材の蒸発や漏洩などにより水深が浅くなった、浅水状態(浅水プール)に対する知見は不足している。本研究では、浅水プールにおける溶融ジェットの侵入、着底、拡がり、堆積という一連の過程に対する流体力学的作用の把握を目的として、実験及び数値解析を実施している。本報では、浅水中に落下し着底後のジェット挙動について、LIF法及びPIV法を同時に適用し実験を行った。その結果、液体ジェットとして着底した模擬溶融物質が底面で拡がりながら流動し、その端部が巻き上げられながら千切れることを確認した。また、その際の界面形状及び速度分布について同時計測を行いデータを取得した。

口頭

浅水プール中に落下する液体ジェットの侵入挙動,5; 詳細解析における接触角及び空間解像度の影響

吉田 啓之; 木村 郁仁*; 鈴木 貴行*; 金子 暁子*; 阿部 豊*

no journal, , 

原子力発電所過酷事故時に溶融した燃料等は、下部の冷却材プールへの落下が想定される。これまでに水深が十分なプールに対しての研究はあるが、浅水状態に対する知見は不足している。本研究では、浅水プールにおける溶融ジェットの侵入, 着底, 拡がり, 堆積という一連の過程に対する流体力学的作用の把握を目的として、数値解析手法の開発を行っている。本報では、前報までに明らかとなった底面での接触角及び空間解像度がジェット着底挙動に及ぼす影響を確認するため、詳細二相流解析コードTPFITを用いた解析を行った結果について報告する。TPFITを用いた解析における空間解像度を増加させることで、低解像度では明確でなかった底面に衝突後のジェットの微粒化挙動を再現できることを確認した。また、接触角を変化させることで底面での拡がりの挙動が変化すること、実際に測定した接触角を用いることで、ジェットが拡がる際の挙動が実験の傾向に近づくことを確認した。

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