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論文

Development of Lagrangian particle method for temperature distribution formed by sodium-water reaction in a tube bundle system

小坂 亘; 内堀 昭寛; 岡野 靖; 柳沢 秀樹*

Proceedings of 20th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-20) (Internet), p.1150 - 1163, 2023/08

ナトリウム冷却型高速炉における蒸気発生器(SG)の安全性評価及び設計について、SG内伝熱管からの加圧水のリーク及びその後の事象進展の評価は重要である。解析コードLEAP-IIIは半経験式や1次元保存式などの低計算コストなモデルで構成されるために短い計算時間で水リーク率等を評価でき、革新炉開発における多様なSG設計の探求を加速させることが期待される。しかし、現在の温度分布評価モデルには、過度な保守性を示す場合があること、及びチューニングのために予備的な実験又は詳細な数値解析が必要とされて準備に時間がかかることに課題がある。これらを改善するため、より単純な計算原理に従い、機構論的な側面を持ちつつも高速計算可能なラグランジュ粒子法コードの開発に取り組んでいる。今回は、本粒子法コードに実装されている粒子ペア探索手法の効率化、及び粒子ペア探索を用いずに同等の結果を得るためのモデルの開発を行った。テスト解析を通して、これらのモデル改良による計算時間短縮効果を確認し、また、伝熱管破損判定に重要な伝熱管周囲の代表温度について、詳細な機構論的解析コード(SERAPHIM)による評価結果とよい一致を示すことを確認した。

論文

Magnetic ground state of YbCo$$_2$$Zn$$_{20}$$ probed by muon spin relaxation

髭本 亘; 佐藤 一彦*; 伊藤 孝; 大石 一城*; 才賀 裕太*; 小坂 昌史*; 松林 和幸*; 上床 美也*

Journal of Physics; Conference Series, 2462, p.012039_1 - 012039_5, 2023/03

立方晶構造を持つYbCo$$_2$$Zn$$_{20}$$は極めて大きい電子比熱係数を持つことが知られ、またその基底状態は量子臨界点の近傍に位置するものと考えられている。実際に1-2GPaの圧力をかけると長距離磁気秩序状態が確認されている。我々はこの物質の常圧での磁気的基底状態を確認するためにミュオンスピン緩和測定を行った。その結果小さな磁気モーメントが作る揺らいだ磁場が観測された。

論文

Development of reacting jet evaluation model based on engineering approaches with particle method for improvement of LEAP-III code

小坂 亘; 内堀 昭寛; 高田 孝; 柳沢 秀樹*; 渡部 晃*; Jang, S.*

Proceedings of 19th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-19) (Internet), 11 Pages, 2022/03

ナトリウム(Na)冷却高速炉の蒸気発生器(SG)の安全性評価のため、解析コードLEAP-IIIではSG内伝熱管の破損に端を発する伝熱管破損伝播を含む長時間事象進展中の水リーク率を評価する。LEAP-IIIは半理論式や1次元保存式で構成されるため、低計算コストで計算が完了するという利点がある。しかしながら、反応ジェットにより形成される温度分布についての評価モデルが実験結果より過度に広い高温領域を与えている。結果として、LEAP-IIIは過度に保守的な結果を示すことがある。より現実的な温度分布評価を与えるようにモデルを改良するため、工学的近似を用いた粒子法コードの開発を行ってきた。この手法では、ジェット挙動と化学反応について、Na-水反応と多次元多相流の方程式群を解く代わりに、いくつかの工学的近似を用いたニュートンの運動方程式により評価する。本研究では、粒子間相互作用力モデルを追加し、化学反応・気液相間熱伝達の評価モデルを高度化した。テスト解析を実施し、本粒子法の結果をSERAPHIM(Na-水反応と非圧縮性を考慮した多次元多相流についての機構論的解析コード)の結果と比較した。このテスト解析を通じ、粒子法が低計算コストで現実的な温度分布を評価するという点について基本的な適用性が確認でき、また、LEAP-IIIとの連成によって伝熱管破断予測が可能であることも確認した。

論文

工学的近似を用いたナトリウム-水反応ジェット挙動評価用粒子法コードの研究

小坂 亘; 内堀 昭寛; 柳沢 秀樹*; 高田 孝; Jang, S.*

日本機械学会論文集(インターネット), 88(905), p.21-00310_1 - 21-00310_9, 2022/01

仮にナトリウム(Na)冷却高速炉の蒸気発生器(SG: Steam generator)内部の伝熱管から加圧された水/水蒸気が漏えいした場合、管内外の圧力差のため高流速かつ高温の腐食性ジェットを形成される。このジェットが隣接する管に新たな破損を生じさせ、管破損が伝播する可能性がある。このような伝熱管破損伝播事象の評価はNa冷却高速炉の安全性評価において重要である。数値解析コードLEAP-IIIは、実験相関式や1次元保存式などで構成され、事象進展に伴う水リーク率変化を低計算コストで評価できるが、構成モデルのひとつである現在の反応ジェット温度分布評価モデルでは、いくつかの条件において高温領域を過度に広く評価する。低計算コストという利点を生かしつつ、この温度分布評価を精緻化するため、工学的近似に基づいたLagrange粒子法コードを開発してきた。本論文では、管群内の流体挙動評価に注目し、管近傍の粒子挙動に関する新しいモデルを構築した。本粒子コードと既往の計算流体力学コードを用いてテスト解析を行い、構築したモデルにより、ターゲット管内部に粒子が侵入しない、管周りに粒子が広がる、最終的に浮力方向への運動に帰結する、という基本的な挙動が示されることを確認した。

論文

Numerical evaluation of sodium-water reaction based on engineering approach with particle method

小坂 亘; 内堀 昭寛; 柳沢 秀樹*; 高田 孝; Jang, S.*

Proceedings of 28th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 28) (Internet), 6 Pages, 2021/08

ナトリウム冷却高速炉の蒸気発生器の安全性評価や設計において、ナトリウム-水反応で生じる多相流の影響を評価することは重要である。伝熱管より高圧水あるいは高圧水蒸気が漏洩した場合、腐食性で高温かつ高流速のジェットが形成され、隣接伝熱管の破損を引き起こす可能性がある。多数の伝熱管破損が発生することにより、冷却系における1次-2次系バウンダリの破損に至る。上述した現象の影響を考慮した水リーク率を短い計算時間で評価するために、数値解析コードLEAP-IIIが開発されてきた。しかしながら、現在のEAP-IIIでは、構成要素のひとつである温度分布評価モデルのために、いくつかの解析条件で過度な保守性を示している。この過度な保守性を適正化するため、新たに工学的近似を用いたラグランジュ粒子法を開発した。また、蒸気発生器内における水蒸気ジェットの時間発展を模擬するテスト解析を実施した。解析結果をSERAPHIM(圧縮性と化学反応を考慮した多次元多相流熱流動解析コード)による結果と比較した。このテスト解析により、本手法の基本的な適用性を確認した。

論文

工学的近似を用いたナトリウム-水反応ジェット挙動評価用粒子法コードの研究

小坂 亘; 内堀 昭寛; 柳沢 秀樹*; 高田 孝; Jang, S.*

第25回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集(インターネット), 4 Pages, 2021/07

ナトリウム冷却高速炉蒸気発生器の安全性評価において、伝熱管破損伝播の事象進展予測をするための解析コードLEAP-IIIの整備を進めている。構成モデルのひとつである反応ジェット温度場評価モデルは、条件によっては高温領域を過度に広く評価することがある。この点を改善すべく、反応ジェット挙動をラグランジュ粒子で表現し、工学的観点に基づくモデルを取り入れた解析手法を開発した。解析結果を機構論的ナトリウム-水反応解析コードSERAPHIMによる結果と比較し、開発したモデルの妥当性を検討した。

論文

Single-crystal growth of transition metal oxides at high pressures of several GPa

東 正樹*; 斎藤 高志*; 石渡 晋太郎*; 吉田 裕史*; 高野 幹夫*; 高坂 祐樹*; 高木 英典*; 内海 渉

Journal of Physics; Condensed Matter, 14(44), p.11321 - 11324, 2002/11

 被引用回数:11 パーセンタイル:50.76(Physics, Condensed Matter)

数万気圧の高圧下におけるX線回折実験の結果をもとに、種々の遷移金属酸化物の単結晶育成を行った。(VO)$$_{2}$$P$$_{2}$$O$$_{7}$$, CaNaCu$$_{2}$$Cl$$_{2}$$, CaFeO$$_{3}$$の結果について報告する。

口頭

ミュオンスピン緩和法によるYbCo$$_2$$Zn$$_{20}$$の磁性研究

髭本 亘; 伊藤 孝; 大石 一城; 佐藤 一彦*; 才賀 裕太*; 小坂 昌史*; 松林 和幸*; 上床 美也*

no journal, , 

YbCo$$_2$$Zn$$_{20}$$は低温において極めて大きな電子比熱係数を持つ重い電子系物質である。われわれは基底状態を調べる目的で、ミュオンスピン緩和法による磁性研究を行った。その結果、20mKまでの温度域で静的な磁気秩序がないことを確認した。一方、低温域では揺らいだ内部磁場が検出され、量子臨界点の極めて近くに位置する物質であると考えることができる。

口頭

多様な革新的ナトリウム冷却高速炉における統合安全性評価シミュレーション基盤システムの開発,3; ユーザー利便性の向上

青柳 光裕; 江沼 康弘; 曽根原 正晃; 小坂 亘

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉におけるシビアアクシデント事象の一貫解析評価ツールとして、SPECTRAコードを開発し、その高度化を進めている。同コードは産業界での幅広い利用を目指しており、そのためには物理モデルの有用性等と同時に、解析を実施するユーザーの利便性が重要となる。このため、プラント設計の最適化手法や、入力作成のGUI(Graphical User Interface)化、品質保証作業の自動化手法について、それぞれ開発を実施する。本発表では、これらについての開発計画と令和2年度成果を述べる。

口頭

多様な革新的ナトリウム冷却高速炉における統合安全性評価シミュレーション基盤システムの開発,8; ユーザー利便性向上に向けた評価ツールの基本構築

曽根原 正晃; 青柳 光裕; 小坂 亘; 内堀 昭寛; 岡野 靖

no journal, , 

開発システムの民間への供与を前提としたユーザー利便性向上のため、AIを用いた設計最適解探索ツール、ユーザーインターフェースである入力GUIツール及び品質保証自動化ツールの基本部分を構築した。

口頭

粒子法を用いたナトリウム冷却高速炉蒸気発生器内のナトリウム-水反応に起因する反応ジェットの温度評価

東ヶ崎 駿*; Jang, S.*; 河口 宗道*; 澤 和弘*; 小坂 亘; 内堀 昭寛; 岡野 靖

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉の蒸気発生器において、伝熱管が破損した場合ナトリウム-水反応により反応ジェットが生じる。本研究では、反応ジェットの挙動を評価する粒子法コードの高度化に取り込んだ。ナトリウム-水反応で生じる水酸化ナトリウムの蒸発や凝縮が温度に対して与える影響について検討し、粒子法コードに追加した。その結果、水酸化ナトリウムの相変化を考慮しない場合と比較して低い温度の分布が得られた。

口頭

ナトリウム冷却型高速炉の蒸気発生器における伝熱管破損伝播評価の高度化に資する粒子法コードの開発

小坂 亘; 内堀 昭寛; 柳沢 秀樹*; 岡野 靖

no journal, , 

ナトリウム(Na)冷却高速炉の蒸気発生器の設計及び安全性評価のために、伝熱管内部の高圧水の漏えいに起因する一連の事象を評価することは重要である。解析コードLEAP-IIIは実験相関式も活用して短い計算時間で事象進展中の水リーク率を評価できるようにしている。しかし、現在の漏えい水/水蒸気と冷却材Naとの化学反応により形成される温度分布を評価するモデルにおいて過度な保守性が出現するケースがある。本研究では、これを改善すべく、粒子法をベースとした新たな簡易解析コードを開発してきた。LEAP-IIIへ組み込まれることを前提に考慮する現象を限定することで計算負荷をおさえつつ、より合理的な温度分布評価を可能とするべく開発を進めている。本発表ではこの粒子法コードを概説し、予備的な解析を通して基本的な適用性を確認したことを述べる。

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