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神谷 朋宏; 吉田 啓之
衝撃波シンポジウム講演論文集(インターネット), 7 Pages, 2024/03
これまで、原子力発電所において事故時に発生することが懸念される蒸気爆発をシミュレーションするため、保存則を満たすghost fluid法を開発してきた。開発手法では、バルク領域が高次精度で離散化される一方で、界面影響領域が一次精度の空間近似で解析されており、一貫したアルゴリズムとなっていなかった。そこで、仮想流体の取得方法を修正し、界面影響領域に対しても高次精度の近似手法を適用できるより包括的なアルゴリズムを提案した。本発表では、アルゴリズムを概説するとともに、数値テスト結果について報告する。
神谷 朋宏; 吉田 啓之
第37回数値流体力学シンポジウム講演論文集(インターネット), 8 Pages, 2023/12
原子力発電所において事故時に炉心が溶融した時に発生することが懸念される蒸気爆発をシミュレーションするため、圧縮性気液二相流における保存則を満足するsharp-interface法を開発した。前回の発表では、一次元衝撃波問題を用いて開発手法を検証した結果について報告したが、本発表では、多次元における手法概要と検証結果について報告する。ghost-fluid法は気液界面にまたがる差分を回避できるため、それに起因する界面での数値拡散が生じない。本来、界面はセルを横切るため液体と気体が共存するセルが現れるが、そのようなセルを用意しないため、保存則を満たすことができない。そこで、VOF法によって液体と気体が共存するセルを用意することで、保存則を満たすghost-fluid法を開発した。本手法における仮想流体の値は共存セルと純粋セル(気体または液体のみで占められるセル)の相互作用を見積もった結果を反映している。多次元の基礎式の時間発展は幾何学的VOF法の一つであるスプリット法を導入して解いた。検証問題として、水中爆発問題を解析し、保存則を満たしつつ気泡の膨張や圧縮波の伝播といった蒸気爆発で現れる現象を再現できた。
神谷 朋宏; 小野 綾子; 多田 健一; 秋江 拓志; 長家 康展; 吉田 啓之; 川西 智弘
Proceedings of 29th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 29) (Internet), 8 Pages, 2022/11
原子炉内の現象を忠実に再現するマルチフィッジクス解析プラットフォームJAMPAN(JAEA advanced multi-physics analysis platform for nuclear system)の開発を行っている。JAMPANは、現在、核計算と熱流動計算の連成解析を対象として開発されており、連続エネルギーモンテカルロ計算コードMVPと多相多成分詳細熱流動解析コードJUPITERを結合させた計算が可能となっている。将来的には他の解析コードへの入れ替えや、核計算と熱流動計算以外の解析コードとの連成も想定し、JAMPANは拡張性の高い設計となっている。JAMPANの解析例として、少数の燃料棒から構成される二相流体系を用いて、MVPとJUPITERの連成解析を実施した。解析結果は物理的に妥当な結果となっており、核熱連成解析を適切に実行できていることを確認した。
多田 健一; 秋江 拓志; 神谷 朋宏; 小野 綾子; 長家 康展; 吉田 啓之; 川西 智弘
no journal, ,
原子力機構では、軽水炉の設計高度化、安全性の向上を目的として、先進的核熱連成シミュレーションシステムの開発を進めている。本報告では、連続エネルギーモンテカルロ計算コードMVPとサブチャンネル解析コードNASCAを用いた核熱連成シミュレーションシステムについて報告する。
神谷 朋宏; 小野 綾子; 多田 健一; 秋江 拓志; 長家 康展; 吉田 啓之
no journal, ,
原子力機構では、軽水炉の設計高度化、安全性の向上を目的として、先進的核熱連成シミュレーションの実現を目指し、マルチフィジックスシミュレーション用プラットフォームJAMPANの開発を開始した。JAMPANの開発にあたっては、中性子輸送,熱流動,化学反応など様々な物理を取り扱うコードを取捨選択して、様々な組み合わせのマルチフィッジクスシミュレーションを実行できること、コードの追加や置き換えが容易にできることを必要要件として選定した。これらの要件を満足させるため、JAMPANでは共通化されたデータコンテナを用い、このデータコンテナを通じて全てのデータをやり取りする形式とした。本報告では、JAMPANの概要を説明するとともに、その実行例として、MVPとJUPITERを用いて実施した、4
4バンドル体系における核熱連成シミュレーション結果を発表する。
神谷 朋宏; 吉田 啓之
no journal, ,
Sharp-interfaceモデルに基づく圧縮性気液二相流体解析に対し、保存則から導かれるVOF関数を用いた保存形の式及びその離散化手法を提案した。これらの概要と、一次元検証結果を報告する。
神谷 朋宏
no journal, ,
原子力機構では、軽水炉の設計高度化と安全性の向上を目的として、先進的核熱連成シミュレーションの実現を目指している。その実現に向けた取り組みの一環として、マルチフィジックスシミュレーション用プラットフォームJAMPANを開発している。JAMPANの開発にあたっては、中性子輸送,熱流動,化学反応など様々な物理を取り扱うコードを取捨選択して、様々な組み合わせのマルチフィッジクスシミュレーションを実行できること、コードの追加や置き換えが容易にできることを仕様の必要要件とした。これらの要件を満足させるため、JAMPANでは共通化されたデータコンテナを用い、このデータコンテナを通じて全てのデータをやり取りする形式とした。本報告では、JAMPANの概要を説明するとともに、利用の一例として、MVPとJUPITERを用いて実施した、44バンドル体系における核熱連成シミュレーション結果を発表する。
多田 健一; 秋江 拓志; 神谷 朋宏; 長家 康展; 吉田 啓之
no journal, ,
核熱連成シミュレーションのため、原子力機構が開発しているマルチフィジクスシミュレーション用プラットフォームJAMPANに三流体サブチャンネルコードNASCAを取り扱うモジュールを実装した。本研究で開発したJAMPANによるMVP/NASCAを用いた核熱連成計算は、全炉心体系など、大規模体系での利用を考えている。開発した機能の検証を行うため、プロトタイプ核熱連成シミュレーションシステムIPACSとの解析結果を比較したところ、IPACSの解析結果をほぼ再現できることを確認した。
神谷 朋宏; 小野 綾子; 多田 健一; 山下 晋; 長家 康展; 吉田 啓之
no journal, ,
原子力機構では、軽水炉の設計高度化と安全性の向上を目的として、マルチフィジックスシミュレーション用プラットフォームJAMPANの開発を行っている。このプラットフォーム上でモンテカルロコードMVPと機構論的多相流解析コードJUPITERを結合することで、詳細かつ高忠実な核熱連成シミュレーションの実現を目指している。BWRでは、原子炉内で生じる水の沸騰によって形成される気泡が中性子の輸送に大きな影響を及ぼすため、核熱連成シミュレーションにおいては相変化を考慮することが求められる。今回は、温度回復法を用いて実施した、相変化を含む気液二相流の数値シミュレーション結果について報告する。なお、気液二相流解析手法としては界面捕獲法を用いた。
吉田 啓之; 神谷 朋宏; 多田 健一
no journal, ,
30th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE30)において開催される、Workshop 1: Computational Fluid Dynamicsは、若手研究者、技術者、学生を対象に、数値流体力学(CFD)に基づく数値シミュレーションの基礎、検証のための実験、その応用などを示すために実施される。原子炉の安全性の向上、新型炉の効率的な開発などのためには、数値シミュレーション技術を活用し、原子炉内の複雑なマルチフィジックス現象について評価することを求められる。本講演では、これに対応するため核工学・炉工学ディビジョンにおいて開発されている、マルチフィジックス連成シミュレーションシステム(JAMPAN)の概要や、開発の一環として実施した核熱連成シミュレーションの結果について紹介する。
神谷 朋宏; 吉田 啓之
no journal, ,
原子力発電所において事故時に炉心が溶融した時に発生することが懸念される蒸気爆発をシミュレーションするため、圧縮性気液二相流における保存則を満足するsharp-interface法を開発した。前回の発表では、一次元衝撃波問題を用いて開発手法を検証した結果について報告したが、本発表では、多次元における手法概要と検証結果について報告する。ghost-fluid法は気液界面にまたがる差分を回避できるため、それに起因する界面での数値拡散が生じない。本来、界面はセルを横切るため液体と気体が共存するセルが現れるが、そのようなセルを用意しないため、保存則を満たすことができない。そこで、VOF法によって液体と気体が共存するセルを用意することで、保存則を満たすghost-fluid法を開発した。本手法における仮想流体の値は共存セルと純粋セル(気体または液体のみで占められるセル)の相互作用を見積もった結果を反映している。多次元の基礎式の時間発展は幾何学的VOF法の一つであるスプリット法を導入して解いた。検証問題として、水中爆発問題を解析し、保存則を満たしつつ気泡の膨張や圧縮波の伝播といった蒸気爆発で現れる現象を再現できた。
多田 健一; 近藤 諒一; 神谷 朋宏; 永武 拓; 小野 綾子; 長家 康展; 吉田 啓之
no journal, ,
原子力機構では現在、PythonベースのマルチフィジクスプラットフォームJAMPANの開発を進めている。JAMPANでは、HDF5形式のJAMPANデータコンテナを介してそれぞれの計算コードを結合している。このように計算コードの依存性を無くすことで、結合するコードを容易に入れ替えることが可能となっている。JAMPANの最初の目標は、炉心解析コードの参照解を提供するための核熱結合計算である。今後は燃料ふるまい解析コードFEMAXIなど、核計算・熱水力計算以外の計算コードとの連携も実施していく予定である。本発表では、JAMPANの概要について紹介する。
8単一集合体体系における沸騰シミュレーション神谷 朋宏; 小野 綾子; 永武 拓; 多田 健一; 近藤 諒一; 長家 康展; 吉田 啓之
no journal, ,
原子力機構では、炉心設計コードの参照解の取得を目的とし、マルチフィジックスプラットフォームJAMPAN (JAEA Advanced Multi-Physics Analysis platform for Nuclear systems)上で、核計算モンテカルロコードMVPと多相多成分詳細熱流動解析コードJUPITERを結合させることで、詳細かつ忠実な核熱連成解析の実現を目指している。BWRを対象とした場合、熱流動解析コードには燃料棒表面での沸騰を考慮することが求められる。そこで、温度回復法を用いて沸騰を考慮し、88 STEP-II単一燃料集合体体系の熱流動解析を行った。
多田 健一; 近藤 諒一; 神谷 朋宏; 永武 拓; 小野 綾子; 長家 康展; 吉田 啓之
no journal, ,
原子力機構では、核熱連成シミュレーションの実現に向けて、マルチフィジクス用プラットフォームJAMPANの開発を行っている。前回の報告では、連続エネルギーモンテカルロ計算コードMVPとサブチャンネル解析コードNASCAの連成による単一集合体体系の計算結果について紹介した。MVP/NASCAを用いた核熱連成では、全炉心体系といった大型の体系での適用を目標としている。そこでJAMPAN上に多集合体体系を計算できる機能を実装した。MVPについては、幾何形状に制限がないことから、多集合体体系をそのまま取り扱っている。NASCAについては、単一集合体体系を対象としていることから、個々の集合体でそれぞれNASCAの計算を行い、JAMPAN上で圧力損失が揃うように流速調整を行う機能を実装した。
神谷 朋宏; 永武 拓; 小野 綾子; 多田 健一; 近藤 諒一; 長家 康展; 吉田 啓之
no journal, ,
JAEAでは、軽水炉設計の高度化と安全性の向上を目的として、マルチフィジックスシミュレーション用プラットフォームJAMPANの開発、核計算コードの改良、熱流動計算コードの改良と妥当性確認を実施している。今回、JAMPANに核計算コードMVPと熱流動計算コードJUPITERを連成させる機能を実装し、その機能を検証した。検証のため、燃料バンドル体系を対象とし、BWRの通常運転条件での核熱連成シミュレーションを行った。本発表では、JAMPANを介したMVP/JUPITER間のデータの授受法を概説し、MVP/JUPITERを用いた核熱連成シミュレーション結果について報告する。
