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論文

Numerical study on influence of Ohnesorge number and Reynolds number on the jet breakup behavior using the lattice Boltzmann method

岩澤 譲*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 金川 哲也*; 齋藤 慎平*; 松尾 英治*; 海老原 健一; 坂場 弘*; 小山 和也*; 成合 英樹*

Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 7 Pages, 2015/05

高速炉の炉心溶融事故時における事故後冷却性評価のために、冷却材中にジェット状に射出された溶融燃料の微粒化挙動を詳細に把握することが望まれている。本研究では、粘性がジェット挙動に与える影響を調べるために、3次元二相流体格子ボルツマンモデルを用いたジェット挙動の数値シミュレーションを行い、結果をオーネゾルゲ数とレイノルズ数で整理した。結果として、ジェット挙動の評価には、ジェットの粘性と同様に冷却材の粘性の影響も考慮する必要があることを示した。

論文

Numerical simulation of self-priming phenomena in venturi scrubber by two-phase flow simulation code TPFIT

堀口 直樹; 吉田 啓之; 金川 哲也*; 金子 暁子*; 阿部 豊*

Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 6 Pages, 2015/05

原子炉における炉心溶融を伴うシビアアクシデント時において、放射性物質の拡散を抑制し、かつ格納容器の保護のため除熱および減圧するための手段としてフィルタードベントがある。本研究は、ベンチュリースクラバーを用いたフィルタードベントの作動特性を明らかにすることを目的として、実験ならびに解析を行っている。これまでの研究により、単一ベンチュリースクラバーにおいて、気相流入量がある一定以上になった場合、自吸停止に至る可能性を明らかにした。本報告では、詳細二相流解析コードTPFITを用いて、ベンチュリースクラバー内の二相流解析を行い、自吸現象に対する数値予測を行うと共に、液滴発生のメカニズムについて検討した結果について報告する。

論文

Development of prediction technology of two-phase flow dynamics under earthquake acceleration, 16; Experimental and numerical study of pressure fluctuation effects on bubble motion

加藤 由幹; 吉田 啓之; 横山 諒太郎*; 金川 哲也*; 金子 暁子*; 文字 秀明*; 阿部 豊*

Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 8 Pages, 2015/05

In this study, visualization experiment for the bubbly flow in a horizontal pipe excited by oscillation acceleration was performed to understand bubbly flow behavior under earthquake acceleration. Liquid pressure was also measured at upstream and downstream of the test section. In addition, to consider detailed effects of pressure gradient on bubble motion, numerical simulation of two-phase flow in horizontal pipe with vibration was performed by a detailed two-phase flow simulation code with an advanced interface tracking method: TPFIT. Based on observed images and calculated results, bubble velocity was evaluated. It was confirmed that the pressure gradient amplitude increased with the increase of the frequency of the table. In addition, it was observed that the bubble velocity amplitude also increases with the increase of the frequency of the table. It was concluded that the bubble motion was strongly affected by the pressure gradient in the test section.

論文

Development of evaluation method of liquid flow rate by self-priming phenomena in venturi scrubber

堀口 直樹; 吉田 啓之; 金川 哲也*; 金子 暁子*; 阿部 豊*

Proceedings of 9th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-9) (CD-ROM), 5 Pages, 2014/11

A Multi Venturi Scrubber System (MVSS) is one of the filtered venting devices, and used for existing reactors in Europe. One of the main components of the MVSS is a self-priming Venturi Scrubber (VS). It is considered that a dispersed or dispersed annular flow is formed in the VS by a self-priming phenomena. In the self-priming phenomena, the liquid was suctioned from a surrounding region to the inside of the VS. And a part of the radioactive materials in the gas are eliminated to the liquid through the gas-liquid interface of the dispersed or annular dispersed flow. Therefore, to consider the MVSS operation characteristics, it is important to evaluate the liquid flow rate of the self-priming of the VS including the occurrence condition of the self-priming. In this paper, to understand the self-priming phenomena of the VS for the filtered venting, theoretical preliminary analysis for evaluating liquid flow rate of the self-priming of the VS and experiment to observe self-priming phenomena and measure the liquid flow rare of the self-priming were performed. By comparing these results, we discussed about the mechanism of the self-priming phenomena. As a result, the self-priming phenomena in the VS was observed. In addition, at a higher gas mass flux, the suspension of the self-priming phenomena was confirmed both experimentally and theoretically.

口頭

ベンチュリースクラバー内部の二相流動構造と圧力分布に関する実験的研究

堀口 直樹; 吉田 啓之; 金川 哲也*; 金子 暁子*; 阿部 豊*

no journal, , 

フィルタードベントのための機器の一つにベンチュリースクラバー(以下、VS)がある。フィルタードベント時に想定される汚染ガスの流入量は大きな幅を持ち、VSの喉部で音速に達する高速気流となる可能性がある。このような高速気流条件下においては、VS内部の気液二相流動の複雑化が示されており、これにより内部圧力分布が変化する。そこで本報告では、VS内可視化計測と圧力分布計測を行った。その結果、比較的低気相流量の場合、喉部で圧力が最低となるが、高気相流量においては、拡大部において圧力が最低となった。これらの結果から、高気相流量の場合、VS内部で超音速流が生じていることを確認することができた。また、低気相流量では、VS内部の二相流のクオリティは低く、拡大部における圧力変動が大きくなっており、二相流の影響により圧力分布が影響を受けることを確認することができた。

口頭

マイクロ波加熱における過渡沸騰現象に及ぼす誘電特性の影響

八巻 辰徳*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 金川 哲也*; 北澤 敏秀*; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 山田 美一

no journal, , 

マイクロ波加熱脱硝法の量産規模での実用化のためには、マイクロ波加熱時の突沸や吹き零れといった過渡沸騰現象を防止しつつ、容器形状やマイクロ波出力の設計条件を最適化する必要がある。再処理溶液を模擬したイオン性溶液を用い、KCl濃度をパラメータとしてKCl水溶液の沸騰挙動及び対流挙動を測定した結果、KCl濃度が増加するに従い、突沸が発生しにくくなり、対流挙動に渦構造が形成され、乱れが大きくなることがわかった。また、KCl寒天の温度分布を観測結果から、水寒天では主に中心部が加熱される一方、KCl寒天では周辺部が加熱されており、水とKCl溶液の誘電特性の違いが突沸の発生条件及び沸騰挙動に大きく影響することが明らかとなった。

口頭

マイクロ波加熱における過渡沸騰現象の発生限界と発生機構

八巻 辰徳*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 金川 哲也*; 北澤 敏秀*; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 山田 美一

no journal, , 

再処理施設の脱硝転換工程では、マイクロ波加熱脱硝法によって使用済燃料から回収された硝酸ウラン,プルトニウム混合溶液をMOX原料粉末に転換する。本研究は、突沸・吹き零れといった過渡沸騰現象を防止し、最適な設計条件を把握するため、突沸現象の発生限界及び発生機構を解明することを目的とする。蒸留水の吸収熱量と液面から放出される熱量との相関性を評価することにより、突沸の発生限界を明らかとした。

口頭

高速増殖炉の炉心溶融事故後冷却挙動の研究,27; 液中ジェットブレイクアップ挙動に及ぼす粘性の影響の格子ボルツマン法による数値的考察

岩澤 譲*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 金川 哲也*; 齋藤 慎平*; 松尾 英治*; 海老原 健一; 坂場 弘*; 小山 和也*; 成合 英樹*

no journal, , 

高速増殖炉の炉心溶融事故に対する事故後冷却性評価において、冷却材中にジェット状に射出された溶融燃料の微粒化の過程を詳細に把握することが望まれている。ジェット側面からの剥ぎ取りによる微粒化物の生成がジェットブレイクアップにおいて支配的となる条件を明らかにするため、実験でジェット相の粘性の影響が調べられている。しかし、冷却相の粘性がジェット挙動に与える影響については未だ調べられていない。そこで、3次元二相流体格子ボルツマンモデルによるジェット挙動の数値シミュレーションによって冷却相の粘性がジェット挙動に及ぼす影響を考察し、その結果、冷却相の粘性が小さくなるとジェットの微粒化が活発となることが分かった。このことから、実機条件におけるジェット挙動の評価には粘性比を合せることが必要と考えられる。

口頭

ベンチュリースクラバーにおける液滴の可視化観測

堀口 直樹; 吉田 啓之; 金川 哲也*; 金子 暁子*; 阿部 豊*

no journal, , 

本研究では、フィルター付きベントシステムのための機器の一つである、マルチベンチュリースクラバーシステム(MVSS)の性能評価手法の構築を目的として、可視化観測実験や詳細二相流解析などを実施している。本報では、本評価手法構築の一環として、MVSSの構成機器の一つである、自吸式ベンチュリースクラバー(以下、VS)について、VS内で生成される液滴径評価に対する、既存の評価手法である、抜山-棚沢の式及び臨界We数理論の適用性を、可視化観測実験を行うことにより取得した液滴径計測結果により検討した。その結果、測定された液滴径は、抜山-棚沢の式と概ね一致することを確認した。

口頭

BWR下部プレナム複雑構造物内ジェットブレイクアップ現象予測手法の開発,10; 複雑構造物がジェット微粒化物径に与える影響

成島 勇気*; 鈴木 貴行; 吉田 啓之; 金川 哲也*; 金子 暁子*; 阿部 豊*

no journal, , 

原子炉の廃炉や安全性向上のためには、炉心溶融を伴う事故時における溶融燃料ジェットの落下挙動を予測することが重要である。BWRは下部プレナム内に複雑構造物を有しており、それらがジェットの落下挙動に影響を及ぼすと考えられる。そこで、本研究グループでは溶融燃料の落下挙動を予測するための数値解析コードの開発を行っている。本研究では、解析コードの妥当性評価のための実験データの取得を目的とし、BWR下部プレナムを詳細に模擬したテスト部において透明流体の射出実験を行い、微粒化挙動の可視化計測を実施している。本報では、構造物が微粒化物径に与える影響を評価した。また、ノズル径, 流速, 模擬流体の物性値を変えて実験を行い、微粒化物径に関する既存の理論式、相関式と比較することで、複雑構造物内における微粒化物径の評価手法について検討する。

口頭

ベンチュリースクラバーにおける二相流解析コードの適用性の評価

堀口 直樹; 吉田 啓之; 中尾 泰大*; 金川 哲也*; 金子 暁子*; 阿部 豊*

no journal, , 

本研究では、フィルター付きベントシステムのための機器の一つである、ベンチュリースクラバーの性能評価手法の構築及びこれに必要な評価式の構築を目的として、ベンチュリースクラバー内部流動の可視化計測実験や詳細な数値解析を実施している。本報では、二流体モデル解析コードACE-3Dを用いた1次元解析の妥当性を、詳細二相流解析コードTPFITを用いた3次元解析の結果及び既報の実験の結果との比較により検討した。その結果、多次元性に起因する差異は見られるものの、高気相流速の場合に発生する、衝撃波による急激な圧力上昇などを含めて、一次元解析により流れ方向の圧力分布が概ね妥当に予測できることを確認した。

口頭

地震加速度付加時の気液二相流の詳細予測技術高度化に関する研究,29; 水平方向加振に対する水平管内単一気泡の応答特性

加藤 由幹; 吉田 啓之; 横山 諒太郎*; 金川 哲也*; 金子 暁子*; 文字 秀明*; 阿部 豊*

no journal, , 

本研究では、原子力プラントに対する地震の影響を評価するため、地震加速度付加時の気液二相流の予測技術開発を行っている。本報告では、振動を付加した条件での水平円管内単一気泡の可視化観察結果により、構造物が振動した際の単一気泡の応答特性を評価した。その結果、低周期の条件を除いて、構造物が振動した際に、気泡の速度が構造物に対する振動とほぼ同じ周期で変動することを確認した。また、構造物に対する振動とほぼ同じ周期で変動する際の気泡の速度は、簡便な一次元モデルにより評価できることを確認した。

口頭

フィルタードベントのためのベンチュリースクラバー内二相流評価手法の開発,2; 可視化による流路断面内液滴分布計測

堀口 直樹; 吉田 啓之; 中尾 泰大*; 金川 哲也*; 金子 暁子*; 阿部 豊*

no journal, , 

本研究では、フィルタードベント除染性能評価手法開発の一環として、フィルタードベントのための機器を構成する、ベンチュリースクラバー(VS)の性能評価手法及び、これに必要な評価式の構築を目的とした流動の可視化計測実験や詳細な数値解析等を実施している。除染性能を評価する上では、流量などのマクロな情報に加え、液滴径や液滴の速度などの詳細な情報の取得も必要とされる。本報では、VS出口での流路断面内液滴の可視化観察を、高速度ビデオカメラやレーザー光源な等を用いて行い、画像処理により液滴径の分布を取得した。その結果、液滴径の最頻値が7.5$$mu$$mであること、また、出口部においては、位置による違いは見られないことを確認した。

口頭

BWR下部プレナム複雑構造物内ジェットブレイクアップ現象予測手法の開発,12; LIFによる複雑構造物内でのジェットブレイクアップ長さの評価

成島 勇気*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 金川 哲也*; 鈴木 貴行*; 吉田 啓之

no journal, , 

BWR炉心溶融時におけるジェットブレイクアップ長さの把握は過酷事故対策の観点から必要不可欠である。本報告では、数値解析コードの妥当性評価のため、ジェットブレイクアップ長さに関する実験データを取得すると同時に、構造物がジェットブレイクアップ長さに与える影響について検討した。その結果、ノズル径が大きく構造物の影響が大きいと想定される条件においては、ブレイクアップ長さが長くなる傾向を示した。したがって、構造物の存在により、ブレイクアップ長さは長くなることが確認できた。また、得られたブレイクアップ長さの時間平均値については、既存の相関式を用いて予測できる可能性があることが分かった。

口頭

フィルタードベントのためのベンチュリースクラバー内二相流評価手法の開発,1; 拡大部における液膜厚さの計測

中尾 泰大*; 堀口 直樹; 吉田 啓之; 金川 哲也*; 金子 暁子*; 阿部 豊*

no journal, , 

本研究では、フィルター付きベントシステムのための機器の一つである、ベンチュリースクラバーの性能評価手法の構築およびこれに必要な評価式の構築を目的として、ベンチュリースクラバー内部流動の可視化計測実験や詳細な数値解析を実施している。本報告では、放射性物質の捕集性能評価に重要な気液界面積の評価モデルの構築のため、拡大部での可視化観測およびレーザー変位計を用いた液膜厚さ計測を行った。その結果、液膜厚さが時間的に変動すること、時間平均の液膜厚さは100$$mu$$mのオーダーであること、および流入する空気の量が増加するに従って時間平均液膜厚さが減少することを確認した。

口頭

地震加速度付加時の気液二相流の詳細予測技術高度化に関する研究,33; 水平方向加振付加時における単一上昇気泡の三次元可視化計測

宮崎 彬史*; 加藤 由幹*; 金川 哲也*; 金子 暁子*; 文字 秀明*; 吉田 啓之; 阿部 豊*

no journal, , 

地震時の気液二相流に関する詳細予測技術開発の一環として、地震加速度に相当する加速度が付加された矩形容器内の上昇気泡の三次元可視化観察を行っている。本報告では、可視化画像に対して画像処理を行い、単一上昇気泡の傾きの変化について詳細な検討を行った。その結果、気泡の傾き角は、無振動あるいは、加速度周期が10Hz以上の条件では20$$sim$$30$$^{circ}$$の値を示し、加速度を付加した影響はほとんど見られなかった。しかし、無振動時の傾き角の変動周期(6.7Hz)に近い範囲では、傾き角が30$$^{circ}$$以上となることを確認した。これより、加振に対して気泡の傾きが応答する周波数の範囲は、無加振時の気泡の傾き角変化の周波数に近い領域であることが分かった。

口頭

マイクロ波加熱時の対流挙動と加熱効率に及ぼすサポート高さの影響

長南 史記*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 金川 哲也*; 湯浅 朋久*; 瀬川 智臣; 山田 美一

no journal, , 

核燃料サイクルにおいては、使用済み核燃料を硝酸で溶解し、マイクロ波加熱脱硝法により、混合酸化物(MOX)原料粉末に転換している。処理能力向上のためにはマイクロ波加熱時の混合溶液の突沸・吹き零れといった過渡沸騰現象を防止しつつ、装置や運転条件を最適化する必要がある。本研究では、試料容器下部に設置したサポート高さに着目し、サポート高さがマイクロ波照射時の溶液の加熱特性に及ぼす影響を評価するため、加熱効率及び寒天を用いた加熱部位の測定、また電磁場解析シミュレーションによるマイクロ波加熱オーブンモデルの解析・評価を行い、誘電体サポートの高さが加熱効率や被加熱部位に大きく影響することを確認した。

口頭

フィルタードベントのためのベンチュリースクラバー内二相流評価手法の開発,4; 拡大部における液膜からの液滴発生の可視化観測

堀口 直樹; 吉田 啓之; 中尾 泰大*; 金川 哲也*; 金子 暁子*; 阿部 豊*

no journal, , 

原子炉における炉心溶融を伴うシビアアクシデント時において、放射性物質の拡散を抑制し、かつ格納容器の保護のため除熱および減圧するための手段としてフィルタードベントがある。本研究は、ベンチュリースクラバー(VS)を用いたフィルタードベントの作動特性を明らかにすることを目的として、実験ならびに解析を行っている。これまでの研究により、比較的速い気相流速条件下では、既存のVS除染性能評価モデルで仮定されている自吸口近傍のみではなく、拡大部においても液滴が発生することが観察された。本報告では、VSにおける液滴発生のメカニズムの解明とモデル化に資するために取得した、拡大部における液滴発生の様子と液滴径の流路断面分布について報告する。

口頭

マイクロ波加熱によるマイクロ波挙動と加熱特性

長南 史記*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 金川 哲也*; 藤田 峻也*; 湯浅 朋久*; 瀬川 智臣; 山田 美一

no journal, , 

核燃料サイクルにおいて、使用済み核燃料の再処理溶液からウラン・プルトニウム混合酸化物(MOX)を製造する際にマイクロ波加熱脱硝法が使用されている。処理能力向上のためにはマイクロ波加熱時の混合溶液の突沸・吹き零れといった過渡沸騰現象を防止し、装置や運転条件を最適化する必要がある。試料容器下部に設置した誘電体サポートがマイクロ波照射時の溶液の加熱特性に及ぼす影響を明らかにするため、加熱部位に対するサポート高さとの関係を評価した。被加熱物である水寒天の内部断面の温度分布測定により、その加熱部位は誘電体サポート高さの影響を受けることが判明した。また、電磁場解析シミュレーションにより、マイクロ波は定常波様となっており、被加熱物の加熱に強く影響していることが明らかとなった。

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