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論文

溶融炉心/冷却材相互作用の解析コード開発

森山 清史; 丸山 結; 中村 秀夫; 橋本 和一郎; 加茂 英樹*; 大貫 晃; 秋本 肇

第7回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集 (00-11), p.451 - 456, 2000/11

JASMINE-preは、軽水炉シビアアクシデント時の水蒸気爆発における粗混合過程を解析するための伝熱流動シミュレーションコードである。本コードは、新たに開発した溶融物モデルを二相流解析コードACE-3Dと結合したものである。溶融物モデルは、溶融物ジェット、プール、液滴という3成分から成り、ジェットとプールは各々垂直方向及び半径方向の1次元モデル、液滴は粒子群を1つのラグランジュ粒子で表すグループ粒子モデルで記述している。本コードを用いて、低融点金属の溶融物ジェットを水プール中に落下させた実験(非沸騰条件)、及び、アルミナ溶融物ジェットを水プール中に落下させた実験(沸騰を伴う条件)のシミュレーションを行い、本コードがこれらの条件で溶融物ジェットの水プール中での分裂、粗混合領域の形成、デブリベッドの堆積を扱えることを確認した。

報告書

多次元二流体モデルコードACE-3Dの改良と受動的余熱除去系水プール内熱流動解析への適用

大貫 晃; 加茂 英樹*; 秋本 肇

JAERI-Data/Code 99-038, 108 Pages, 1999/08

JAERI-Data-Code-99-038.pdf:5.2MB

受動的安全機器設計を行ううえで重要な二相自然対流現象を詳細に解析するツールを整備するため、報告者が開発した多次元二流体モデルコードACE-3Dを改良した。改良版では、乱流熱流束モデルと熱構造体との連成解析機能を追加し、相変化を伴う熱的に非平衡な流れの解析及び外部との熱交換を伴う体系の解析を可能とした。蒸気が水プール中へ噴出する蒸気噴流の実験データを取得し、そのデータを用いて改良機能を検証した。日本原子力研究所で設計された受動的安全炉JPSRの余熱除去系水プール内の熱流動解析へ適用し、同プールの除熱性能を検討した。その結果、改良したACE-3Dコードにより水プール内の二相自然対流現象を精度よく予測できること、並びにJPSR余熱除去プールの除熱性能の高いことを確認した。

論文

Developed flow pattern and phase distribution under gas-liquid two-phase flow in a large vertical pipe and prediction of phase distribution by multidimensional two-fluid model

大貫 晃; 加茂 英樹*; 秋本 肇

Eighth Int. Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics (NURETH-8), 3, p.1670 - 1676, 1997/00

将来型原子炉システムの設計用ツールである多次元二流体モデルコードを高度化する研究の一貫として、大口径垂直管(内径20cm)での空気・水二相流データベースを新たに取得するとともに、気泡流相分布に対する多次元二流体モデル構成方程式の適用性を調べた。実験的にはスラグ流域での流動の乱れが小口径管の場合より大きいこと、相分布の変化する流量条件が小口径管の場合と異なることがわかった。解析的には単一のモデル定数では気泡流相分布を予測できないこと、気泡径の情報を取り込んだモデルを構築する必要のあることがわかった。

報告書

多次元二流体モデル構成方程式評価用コードACE-3Dの開発

大貫 晃; 加茂 英樹*; 秋本 肇

JAERI-Data/Code 96-033, 76 Pages, 1996/11

JAERI-Data-Code-96-033.pdf:1.92MB

受動的安全炉の設計研究を多次元の二流体モデルコードにより高精度に行うため、二流体モデルの構成方程式の評価・開発に使用できる解析コードACE-3Dを開発した。本コードの特徴は、(1)基礎式は3次元の二流体モデル。直交座標系または円筒座標系が選択できる。(2)有限差分、半陰解法。(3)界面応力項として抗力、揚力、乱流拡散力、壁からの力、付加質量の各力を考慮する。(4)二相$$kappa$$-$$varepsilon$$乱流モデルの導入である。開発したコードにより既存の小口径垂直管内気泡流の解析を行い、二流体モデルの多次元用構成方程式の評価・開発に本コードが適用できることを確認した。本報告書では、ACE-3Dコードの概要を基礎式並びにその差分式により述べると共に、プログラム構造の概説、及びチェックの計算結果についてまとめる。

論文

Prediction of developing bubbly flow along a large vertical pipe by multidimensional two-fluid model; Development of multidimensional two-fluid model code and analysis under a low velocity

大貫 晃; 加茂 英樹*; 秋本 肇

Proceedings of Japan-US Seminar on Two-Phase Flow Dynamics, 0, p.75 - 82, 1996/00

受動的安全炉の設計に使用する高精度の解析ツールを開発するため、その第一段階として、二相$$kappa$$-$$varepsilon$$乱流モデルを含む多次元二流体モデルコードを開発し、低流速下での助走域内の大口径垂直管(内径0.48m)内気泡流に対する既存構成式の適用性を調べた。その結果、壁面から流路中央へ向かう揚力を生み出す揚力モデルにより大口径管内助走域での気泡流はほぼ予測できることがわかった。ただし、助走域での相分布の軸方向変化を乱流拡散モデルの単一の実験定数で統一的に精度良く予測できることは困難であった。今後、より広範な流量条件下で適用性を検討する必要がある。

論文

Elimination of numerical pressure spikes induced by two-fluid model

阿部 豊; 秋本 肇; 加茂 英樹*; 村尾 良夫

Journal of Nuclear Science and Technology, 30(12), p.1214 - 1224, 1993/12

 被引用回数:3 パーセンタイル:60.79(Nuclear Science & Technology)

TRAC-PF1のような二流体モデルコードを用いてPWRのLOCA時再冠水過程のように水面が存在するような状況の計算を行う際、実験では見られない圧力スパイクが計算の初期に現われる。このような圧力スパイクはボイド率等他の変数にも影響を与えることから、これを抑制することは極めて重要である。本研究においては、この圧力スパイクの原因が、実際には存在していない水面上方の液相において大きな加速損失が発生するためであることを定量的に明らかにした。更に、この知見を基に水面上方の実際には存在していない液相の加速損失を自動的に軽減するための方法についての提案を行った。この方法により、従来の手法の利点を損なうことなく、二流体モデル計算において水面上昇時に発生する圧力スパイクを抑制できることを示した。

論文

Improvement of numerical treatment of convection term in TRAC-PF1 code at transition from single phase flow to two phase flow

阿部 豊; 秋本 肇; 大貫 晃; 村尾 良夫; 加茂 英樹*

Proc. of the Int. Conf. on Multiphase Flows 91-TSUKUBA,Vol. 2, p.373 - 376, 1991/00

TRAC-PF1コードを用いて再冠水の初期のように気相と液相とが分離して明確な水位を形成するような現象の解析を行う場合、実験では観測されない圧力振動が計算される。このような圧力振動は、コードの数値計算上の問題によって発生するものと考えられるが、ボイド率等他の変数に対しても影響を及ぼすことから、コードの予測性能全体に影響を及ぼすことになる。本報告では、このような圧力振動が発生する原因について検討するとともに、その改善の方法についての検討も併せて行った。その結果、TRAC-PF1を用いた再冠水の計算において、実際には存在しない相の運動方程式中の移流項により非現実的な圧力振動が計算されることを明らかとした。また、単相流と判定される場合には、実際には存在しない相の移流項を小さくする補正を施すことによって、この圧力振動を取り除くことができることを示した。

論文

The Effect of virtual mass force term on the numerical stability and efficiency of system calculations

渡辺 正; 平野 雅司; 田辺 文也; 加茂 英樹*

Nucl. Eng. Des., 120, p.181 - 192, 1990/00

 被引用回数:16 パーセンタイル:17.98

原子炉の安全解析を行なううえで、二相流の挙動を正確に知ることは重要である。二流体モデルにおける付加質量項は、相間の相互作用を正確に記述し基礎方程式を適切にする役割を持つ。そのため、数値解析の計算効率を高めることが指摘されているが、具体的な解析例はこれまで示されていない。本研究では、付加質量項の一般形を大型コードに組み込みやすくするために簡略化し、実際にTRAC-PF1に組み込む。修正されたTRACを用い、気液の置換問題、過熱蒸気への水の注入問題を解析し、基礎式及び数値解が安定化されることを示した。さらに実際の安全解析への応用例とし小破断LOCAの解析を行ない、解が安定化され多大なCPU時間が切約されることを示した。このことは、簡単なコードの修正により安全解析における計算効率が飛躍的に上がることを示唆している。

論文

Application of MINCS code to numerical benchmark problems for two-fluid model

平野 雅司; 渡辺 正; 田辺 文也; 大崎 浩*; 井上 英明*; 加茂 英樹*; 秋元 正幸

混相流, 1(1), p.79 - 95, 1987/00

構成式モデルの開発、評価のための道具として、1次元過渡二相流解析コードMINCSを開発した。

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