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浜瀬 枝里菜; 大釜 和也; 河村 拓己*; 堂田 哲広; 田中 正暁; 山野 秀将
Annals of Nuclear Energy, 195, p.110157_1 - 110157_14, 2024/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)高速炉プラント動特性解析コードSuper-COPDのスクラム不作動流量喪失事象に対する妥当性確認のため、FFTFの受動的安全性試験LOFWOS No.13試験を対象としたIAEAベンチマークに参加した。ブラインドフェーズで課題として抽出された燃料集合体出口温度及び全反応度の評価精度向上のため、集合体間熱移行及び集合体間ギャップ部流れを考慮した全炉心モデル及び炉心湾曲反応度簡易評価モデルを導入した。最終フェーズ解析の結果、2次ピーク時の集合体出口温度を良好に再現するとともに、全反応度の実測値の挙動を概ね評価できたことから、LOFWOSに対するSuper-COPDの妥当性を確認した。
浜瀬 枝里菜; 大釜 和也; 河村 拓己*; 堂田 哲広; 山野 秀将; 田中 正暁
Proceedings of 12th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS12) (Internet), 9 Pages, 2022/10
プラント動特性解析コードSuper-COPDの予測精度向上のため、米国中性子試験炉FFTFスクラム不作動流量喪失事象を対象としたIAEAベンチマークに参加している。ブラインド解析で課題として抽出された燃料集合体出口温度の再現性向上のため、自然循環時における集合体間熱移行及び集合体間流量再配分を精度よく評価可能な全炉心モデルを用いてプラント動特性解析を実施した。また、全炉心モデルと一点炉動特性モデルを連成した過渡解析の妥当性を確認するため、主要な反応度フィードバックであるGEM、炉心湾曲等を考慮した解析を実施した。その結果、2次ピーク時の温度を良好に再現するとともに、実測値の過渡挙動を概ね評価できることを確認した。
伊藤 啓; 小泉 安郎; 大島 宏之; 河村 拓己*
Mechanical Engineering Journal (Internet), 3(3), p.15-00671_1 - 15-00671_9, 2016/06
The authors are developing a high-precision CFD code with an interface tracking method to simulate the gas entrainment (GE) phenomena in sodium-cooled fast reactors (SFRs), which might be caused by a highly-intensified free surface vortex. To simulate the complicated GE phenomenon, the authors' CFD code has physics-basis algorithms which model accurately the interfacial dynamic behavior, the pressure jump condition at an interface and the surface tension. Several verification problems, e.g. the slotted-disk problem, have been already solved and the accuracy of each individual algorithm is confirmed. In this paper, a basic experiment of the GE is simulated to validate the developed CFD code. In the experiment, the entrained gas flow rate is measured by image processing with a high-speed video camera. The simulation result of the entrained flow rate shows comparable value to the experimental data, that is, our CFD code is considered applicable to the evaluation of the GE in SFRs.
伊藤 啓; 小泉 安郎*; 大島 宏之; 河村 拓己*
Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 6 Pages, 2015/05
近年、過酷事故時の燃料溶融などの複雑現象を評価するため、高精度数値解析モデルの開発が進められている。著者らも、高速炉におけるガス巻込み現象評価のために、高精度界面追跡法に基づく数値解析コードの開発を進めている。評価対象のガス巻込み現象は渦流れによって誘起され、渦中心線に沿った自由界面の窪みとその先端から発生する気泡離脱によって特徴付けられる。この現象を解析するため、気液界面の動的変形挙動や界面における圧力条件や表面張力に関して物理的考察に基づく解析モデル開発を行っており、基本検証問題によって解析精度を確認している。本研究では、ガス巻込み基礎実験における気泡巻込み現象を対象とした解析を行うことで、解析コードの検証を実施する。解析の結果、実験結果と同様の気泡巻込み流量が得られており、解析による高速炉ガス巻込み現象評価の妥当性が示されている。
伊藤 啓; 大野 修司; 小泉 安郎*; 河村 拓己*
Proceedings of 10th International Topical Meeting on Nuclear Thermal Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-10) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2014/12
The gas entrainment (GE) due to free surface vortex is one of important issues in the safety study on sodium-cooled fast reactors. In this paper, the authors perform numerical simulations of a simple GE experiment. To simulate interfacial deformations accurately, a high-precision interface-tracking method is employed. Two kinds of fluids, i.e. water and silicone oil, are considered as the working fluid in the simulations and the flow rate is changed over a wide range as the simulation parameter for both fluids. As a result of the numerical simulations, the evaluated values of the entrained gas flow rates shows good agreements with the experimental data. In addition, both the simulation results and experimental data provide the entrained gas flow rate in proportional to the average velocity at the cylindrical tank outlet.
伊藤 啓; 江連 俊樹; 大島 宏之; 河村 拓己*; 中峯 由彰*
Proceedings of 9th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-9) (CD-ROM), 6 Pages, 2014/11
ナトリウム冷却高速炉における液中渦キャビテーション研究の一環として、半径方向圧力分布と蒸気圧、気液界面における圧力ジャンプ条件に基づいてキャビティ半径を計算する表面張力モデルの開発を行い、液中渦キャビテーション評価手法を改良した。基本検証として基礎実験を対象とした評価を行い、流速の増加によって渦中心圧力が低下してキャビティ半径が大きくなるという現象が定性的に再現できることを確認した。また、液中渦キャビテーション挙動に大きな影響を与える粘性について評価を行った。
伊藤 啓; 功刀 資彰*; 大島 宏之; 河村 拓己*
Computers & Fluids, 88, p.250 - 261, 2013/12
被引用回数：24 パーセンタイル：69.6(Computer Science, Interdisciplinary Applications)PLIC法はVolume-of-fluid法の一種であり、高精度な界面計算に用いられるが、複雑な幾何計算を要するため非構造格子系における研究は十分ではない。本研究では、3次元非構造格子系におけるPLIC法の提案を行う。まず、界面勾配等の計算に用いる手法を構築し、加えて、流体率輸送時に気液両相の体積を完全に保存する手法を開発する。検証解析により、開発したPLIC法が大きく歪んだ非構造格子系においても高精度な解析結果を与えることを確認する。
伊藤 啓; 高田 孝*; 大野 修司; 粉川 広行; 上出 英樹; 今井 康友*; 河村 拓己*
日本機械学会論文集,B, 79(808), p.2630 - 2634, 2013/12
ナトリウム冷却高速炉の1次冷却系統内には、微小気泡・溶存ガスの形態で不活性ガスが存在している。また、J-PARCの水銀ターゲットループ内には、キャビテーション抑制用のマイクロバブルが存在している。これらの気泡挙動について評価するため、著者らは低濃度気泡流解析コードVIBULの整備を進めている。本研究では、気泡キャリーアンダー等の新たなモデルを構築・導入し、水銀ターゲットループを対象とした解析を行う。
伊藤 啓; 大野 修司; 上出 英樹; 粉川 広行; 二川 正敏; 河村 拓己*; 今井 康友*
JAEA-Research 2013-008, 117 Pages, 2013/10
JAEA-Research-2013-008.pdf:6.55MB
ナトリウム冷却大型高速炉では、1次冷却系統内に存在する気泡・溶存ガスによる炉心反応度擾乱や熱交換器性能低下などが懸念されており、冷却系統内における気泡・溶存ガス挙動を把握することは、高速炉の安定運転を担保するうえで重要である。また、J-PARCの水銀ターゲットシステムにおいては、キャビテーションによる構造材壊食を抑制するために微小気泡を注入しているが、熱交換器におけるガス蓄積を防止するため、微小気泡の挙動を評価することが課題となっている。原子力機構では、液体金属流れ(主として高速炉1次冷却材流れ)中の気泡・溶存ガス挙動を評価するため、フローネットワーク型の解析コードVIBULの整備を進めており、本研究では、解析精度向上を目的としたVIBULコードの改良と、水銀ターゲットシステムに適用するために必要なモデルの開発を行った。
伊藤 啓; 功刀 資彰*; 大島 宏之; 河村 拓己*
Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 2, p.114 - 119, 2011/10
高速炉ガス巻込み現象のために高精度気液二相流数値解析手法の開発を進めている。本件では、解析手法検証の一環として、実規模ガス巻込み現象を対象とした数値解析を実施した。その結果、ガスコア発生などの典型的な気液界面非定常挙動を解析することに成功し、高速炉ガス巻込み現象を数値解析によって評価できる見通しを得た。
伊藤 啓; 小泉 安郎*; 大島 宏之; 河村 拓己*
第16回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集, p.219 - 222, 2011/06
炉心が正のボイド反応度を有する高速炉では1次冷却系統内への気泡混入を十分に抑制する必要があるため、炉上部プレナム内自由液面からのガス巻込み現象(液面から気泡が巻込まれる現象)の評価が重要である。著者らは、高速炉ガス巻込み現象の評価を目的として、高精度気液二相流数値解析手法の開発とガス巻込み現象への適用性検証を実施しており、基礎実験及び実規模試験におけるガス巻込み現象発生を解析できることを確認している。しかし、1次冷却系統内には溶存ガスの析出に伴う微小気泡などが存在しているため、ガス巻込み発生は必ずしも完全に許容されない訳ではなく、巻込み量が十分に小さいガス巻込み発生は許容できる可能性がある。このため、著者らは、ガス巻込み現象による巻込み量決定メカニズムに関する研究を、実験・解析の両面から進めている。本研究では、数値解析によるガス巻込み量評価精度検証の一環として、信州大学にて実施したガス巻込み量計測基礎実験を対象とした数値解析を実施する。
伊藤 啓; 小泉 安郎*; 大島 宏之; 河村 拓己*
Proceedings of 2011 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '11) (CD-ROM), p.2085 - 2092, 2011/05
ナトリウム冷却大型炉の設計研究において、原子炉容器のコンパクト化に伴う熱流動課題の評価が重要である。ガス巻込み現象もその1つであり、自由液面渦によって誘起されるガス巻込みの発生条件については多くの研究が実施されている。しかし、ガス巻込み現象が高速炉に与える影響を明らかにするためには、ガス巻込み発生のみでなくガス巻込み量の評価を行うことが重要であり、本研究では、くぼみ渦実験を対象とした数値解析を行うことでガス巻込み量の評価を実施した。その結果、数値解析結果はガス巻込み量を過大評価したが、液相流量とガス巻込み量の関係を定性的に再現することには成功しており、数値解析によってガス巻込み量を評価できる見通しを得た。
伊藤 啓; 功刀 資彰*; 大島 宏之; 河村 拓己*
日本機械学会論文集,B, 77(776), p.978 - 981, 2011/04
ナトリウム冷却大型高速炉におけるガス巻込み現象評価のため、高精度気液二相流数値解析手法の開発・検証を進めている。高精度界面追跡法や正確な物理モデルを用いることにより、基礎実験体系におけるガス巻込み現象を再現できることを確認している。本研究では、実規模ガス巻込み現象を対象とした数値解析を実施した結果、配管近傍の渦流れの成長・減衰挙動やガス巻込み発生を捕らえることに成功した。特に、ガス巻込みを発生させる流れ挙動に関するデータが得られ、実機ガス巻込み現象を数値解析によって評価できる見通しを得た。
伊藤 啓; 大島 宏之; 河村 拓己*
JAEA-Research 2010-062, 69 Pages, 2011/03
JAEA-Research-2010-062.pdf:6.24MB
FaCTプロジェクトにおいて設計研究が行われているNa冷却大型高速炉実用炉では、安定運転の観点から炉容器内自由液面におけるガス巻込み発生を抑制する必要があり、ガス巻込みを評価する手法の研究を進めている。ガス巻込みの評価においては、実規模体系形状模擬試験が確実だが高コストであるため、代替手法として高精度気液二相流数値解析コードの開発を行っている。本報告書では、コード開発・検証の一環として、(1)ガス巻込み現象の再現性検討,(2)大規模解析への適用性・実行性の検討,(3)ガス巻込み量予測精度評価の検討を実施した結果を示す。
伊藤 啓; 功刀 資彰*; 大島 宏之; 河村 拓己*
Proceedings of Joint International Conference of 7th Supercomputing in Nuclear Application and 3rd Monte Carlo (SNA + MC 2010) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2010/10
ナトリウム冷却大型高速炉(JSFR)におけるガス巻込み現象を解析するため、高精度気液二相流数値解析手法の開発を進めている。本研究では、開発した手法によって大規模実機形状模擬水試験の解析を行った結果を示す。解析には約100万セルの非構造格子を用い、後流渦とそれに伴うガス巻込み現象を発生させる配管近傍には詳細な格子を配置した。非定常解析の結果、ガスコア(界面くぼみ)の発生と発達を捕らえることに成功し、開発した手法がJSFRガス巻込み現象の評価に適用できることを確認した。
伊藤 啓; 功刀 資彰*; 大島 宏之; 河村 拓己*
Journal of Nuclear Science and Technology, 46(4), p.366 - 373, 2009/04
被引用回数：21 パーセンタイル：79.19(Nuclear Science & Technology)設計研究中のナトリウム冷却大型高速炉では、経済性向上のためにコンパクト化した炉容器を採用する予定であり、そのために炉内冷却材流速が増加する見通しである。このため、ガス巻込み現象の防止が重要な課題となっているが、ガス巻込み発生を理論的に予測することは現象の非線型性にために困難であり、現在、現象を評価できる数値解析手法の開発を進めている。本論文では、その一環として高精度Volume-of-Fluid法の定式化について述べる。ガス巻込み現象を正確に評価するためには複雑な体系形状を忠実に模擬する必要があるため、本研究では非構造格子を採用しており、任意形状の格子セルにおける定式化が実施される。開発した手法は、液中上昇気泡を解析することで基本的な検証を行い、さらに、ガス巻込み基礎実験を対象とし、ガス巻込み現象発生条件下における解析を行うことで現象への適用性確認を行った。
伊藤 啓; 功刀 資彰*; 大島 宏之; 河村 拓己*
日本機械学会論文集,B, 75(751), p.466 - 467, 2009/03
高速炉におけるガス巻込み現象を直接評価することを目的として、高精度Volume-of-fluid法に基づく数値解析手法の研究を行っている。ガス巻込みの解析においては複雑な体系形状を正確に模擬することが必要であるため、本研究では、非構造格子を用いて解析領域の分割を行っている。本論文では、高精度Volume-of-fluid法における各計算手順の、非構造格子系での定式化に関する概要を述べる。加えて、表面張力計算手法の概要に関しても記述する。さらに、気液界面近傍の速度分布に関する非物理的挙動が、圧力勾配の不適切な定式化によって誘起されることを示し、圧力と表面張力の正しい釣合いを考慮した適切な定式化を導出する。開発した解析手法は、ガス巻込み基礎実験を対象として検証を行い、解析結果において、実験と同様のメカニズムでガス巻込みが発生することを明らかにした。
河村 拓己*; 伊藤 啓; 堺 公明; 中島 正義; 藤原 孝治; 大島 宏之
日本原子力学会和文論文誌, 7(3), p.297 - 307, 2008/09
高レベル放射性廃棄物のガラス固化過程において、廃棄物中から発生する白金族元素粒子は溶融ガラスと混合されてガラス固化溶融炉中で流動する。効率的な溶融炉運転を行うためには溶融炉内での白金族元素粒子挙動を調査する必要があるが、高放射性の実機溶融炉の内部を観察・測定するのは困難であり、十分な調査が行われていない。本論文では、溶融炉内の粒子挙動を解析できる手法について述べる。溶融ガラスの流動,電位場及び粒子分布は相互作用しているため、これらの物理現象を組合せた数値解析手法を開発し、溶融炉内の挙動を高精度に解析することを目指した。10バッチ(各バッチは溶融,炉底加熱及び流下運転から成る)分の溶融炉内非定常粒子挙動を解析した結果、モックアップ試験と同様に白金族元素粒子の効率的な抜出しが可能であることが示された。以上の結果より、数値解析手法によってガラス固化溶融炉中白金族元素粒子の非定常挙動を評価できる見通しを得た。
堺 公明; 河村 拓己*
Proceedings of International Conference on Nuclear Energy System for Future Generation and Global Sustainability (GLOBAL 2005) (CD-ROM), 0 Pages, 2005/09
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堺 公明; 河村 拓己*; 堺 公明
JNC TN9400 2004-049, 116 Pages, 2004/09
JNC-TN9400-2004-049.pdf:2.15MB
TVF1号溶融炉主電極損傷の要因として想定される因子の一つとして,電気腐食が挙げられる。交流電源による直接通電加熱は電極反応による電極材料の溶出(イオン化)を促している可能性があり,それらの依存性について検討する必要がある。本研究では、交流条件下での電極の腐食挙動を把握することを目的に,拡散と電極反応を評価可能な数値解析ツールを作成し検証を実施するとともに,影響パラメータに関する依存性評価,及び,及び溶融ガラス中での交流電極反応解析を実施し,電極材料の腐食メカニズムについて推定した。その結果,直流電圧が重畳する場合,酸化物皮膜が失われアノード溶解が促進されることが考えられる。ただし、酸化物層の剥げ落ちによる腐食形態も推定されることから、ガラス腐食メカニズムの解明のためには、材料実験によるさらなる確認が重要である。
