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論文

自由界面渦による気相巻き込み現象の定量評価

鳥川 智旦*; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 松下 健太郎; 江連 俊樹; 田中 正暁

混相流, 36(1), p.63 - 69, 2022/03

ナトリウム冷却高速炉(SFR)において、炉容器上部プレナム内の自由界面で、自由表面渦によるカバーガス巻込みが発生し、巻き込まれたガスが炉心を通過することで炉出力の擾乱を生じる可能性がある。そのため、巻き込みガスの流量を正確に予測するための評価モデルの開発が重要となる。既往研究における単一渦のガス巻込み試験では、一般的に、ガス巻込みは上部タンクの自由表面渦によって引き起こされ、吸込み管によって下部タンクにおいてガスが液体から分離される。しかし、これらの研究では、上部タンクと下部タンクとの間の圧力差の影響に着目していない。本研究では、上下部タンク間の圧力差の影響に着目した単一渦のガス巻込み試験を行った。上部タンクと下部タンクとの圧力差は、下部タンクのガス圧力を変更して制御した。その結果、上部タンクと下部タンクの圧力差が増加するにつれ、巻込みガス流量も増加することが分かった。また、吸込み管内の旋回環状流の可視化により、巻込みガス流量が増加すると吸込み管内の圧力降下が大きくなることが分かり、旋回環状流領域における圧力降下に基づいた評価モデルによってガス巻込み流量を予測できることが示唆される。

論文

Gas entrainment phenomenon from free liquid surface in a sodium-cooled fast reactor; Measurements and evaluation on a gas core growth form the liquid surface

内田 真緒*; Alzahrani, H.*; 塩野 幹人*; 堺 公明*; 松下 健太郎; 江連 俊樹; 田中 正暁

Proceedings of 19th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-19) (Internet), 16 Pages, 2022/03

ナトリウム冷却高速炉の設計において、炉心反応度への予期せぬ影響の観点からカバーガスの巻込み現象が重要な課題の一つとなり、既往研究において高速炉プレナム内の自由液面部における自由表面渦のガスコア成長を評価するための、渦モデルに基づく評価手法が開発されている。本研究では、非定常渦のガスコア成長の予測精度を明確にするために、開水路試験体系を持つ回流水槽による水試験を実施した。また、実験と同じ体系による数値解析に基づいた評価手法によりガスコア長さを予測し、試験結果と比較した。その結果、試験では、下降流速が大きくなる下流領域においてガスコア長さが大きくなることが観測された。一方、数値解析結果を用いたガスコア長さの予測では、試験とは異なる位置でピークが現れ、ピーク値も過大評価となった。

論文

自由液面部における非定常渦によるガス巻込み現象評価手法の高度化検討(渦中心線の抽出と減圧量の三次元空間分布評価)

松下 健太郎; 江連 俊樹; 今井 康友*; 藤崎 竜也*; 田中 正暁

日本機械学会関東支部茨城講演会2021年度講演論文集, 4 Pages, 2021/08

ナトリウム冷却高速炉の原子炉容器内自由液面部でのガス巻込み現象の評価において、ガス巻込み現象の評価ツールとして「Stream Viewer」の開発を進めている。Stream Viewerは、渦周りの速度分布およびBurgus渦モデルを用いて渦中心の減圧量を算出し、その渦のくぼみ深さを予測するツールである。本報では、速度分布から連続的な渦中心線を抽出する機能をStream Viewerに実装し、渦中心線に沿った減圧量の3次元分布を評価する手法を検討した結果を報告する。矩形流路体系での非定常渦の水流動実験を対象に、渦中心線抽出機能を実装したStream Viewerを適用し、渦中心線の抽出が可能であることを確認した。また、渦中心線に沿った減圧量の分布特性から、ガス巻込みの成長の有無を予測し、評価手法を高精度化できる見通しを得た。

論文

AMR法を適用した非定常ガス巻込み渦解析手法の高度化検討

松下 健太郎; 藤崎 竜也*; 江連 俊樹; 田中 正暁; 内田 真緒*; 堺 公明*

計算工学講演会論文集(CD-ROM), 26, 6 Pages, 2021/05

ナトリウム冷却高速炉の冷却材自由液面部におけるガス巻込み渦について、数値解析によりガス巻込み量を評価する手法を開発している。本研究では、計算負荷を抑制し、かつ渦形状の予測精度を確保した解析メッシュの自動作成手法を調査し、その手法としてadaptive mesh refinement(AMR法)を非定常後流渦の体系を対象にすることによって検討した。メッシュ詳細化の基準として渦度、速度勾配テンソルの第二不変量(Q値)および速度勾配テンソルの固有方程式の判別式について検討し、Q値によるAMR法の適用がもっとも効率よく解析メッシュを詳細化できる見通しを得た。

論文

Study on evaluation method for entrained gas flow rate by free surface vortex

伊藤 啓*; 伊藤 大介*; 齊藤 泰司*; 江連 俊樹; 松下 健太郎; 田中 正暁; 今井 康友*

Proceedings of 18th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-18) (USB Flash Drive), p.6632 - 6642, 2019/08

本論文では、自由表面渦によるガス巻込み流量を評価するための力学モデルを提案する。本モデルは、ガスコアの非定常伸長に関する理論式とガスコアからの気泡離脱に係る臨界ガスコア長の実験式を含む。ガス巻込み流量は、単位時間当たりの臨界ガスコア長を超えた伸長分として、前述の2式に基づいて計算される。このモデルを単純な水試験体系に適用し、ガス巻込み流量を計算した結果、自由表面渦の強さを決定する作動流体(水)の流量がある閾値を超えると、ガス巻込み流量が急激に増加することを確認した。

論文

気液界面における不活性ガスの巻込みを考慮した液体金属中低濃度気泡流解析手法の研究

松下 健太郎; 伊藤 啓*; 江連 俊樹; 田中 正暁

第24回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集(USB Flash Drive), 5 Pages, 2019/06

ナトリウム冷却高速炉の設計検討において、日本原子力研究開発機構では一次系統内の不活性ガス挙動評価コードSYRENAの開発・検証を行っている。本研究では、仮想的なタンク型炉を対象として、気液界面における不活性ガスの巻込みが一次系統内のガス挙動に与える影響を解析的に調べた。特に、一次冷却系統への気泡巻込みを抑制するために開口部を有する水平版(ディッププレート)を炉内自由界面下に設置した場合における気泡挙動への影響について調べた。その結果、ディッププレートは非凝縮性ガスの挙動に大きな影響を持ち、自由液面におけるガス巻込み量と開口部面積の関係によって一次系統内の不活性ガス量が複雑に変化することを明らかにした。

論文

Parametric analysis of bubble and dissolved gas behavior in primary coolant system of sodium-cooled fast reactors

松下 健太郎; 伊藤 啓*; 江連 俊樹; 田中 正暁

Proceedings of 27th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-27) (Internet), 9 Pages, 2019/05

ナトリウム冷却高速炉(SFR)では、炉心反応度擾乱等を防止する観点から一次冷却系統内に存在する非凝縮性ガスの量を制御することが重要であり、そのための数値計算コードSYRENAを開発している。本研究では、仮想的なタンク型炉を対象にフローネットワークモデルを構築して気泡・溶存ガス挙動の解析を行い、ループ型炉の解析結果との比較を行った。また、タンク型炉にディッププレート(D/P)を導入した場合を仮定し、D/Pを通るナトリウム交換流量および自由液面での気泡巻込み量をパラメーターとした解析を行ってタンク型炉の気泡挙動に対するD/Pの影響を調査した。その結果、D/Pを通過する交換流量の増加が必ずしも一次冷却系統内の気泡量の減少に働くとは限らないことが示された。

論文

Recent progress in the energy recovery linac project in Japan

坂中 章悟*; 明本 光生*; 青戸 智浩*; 荒川 大*; 浅岡 聖二*; 榎本 収志*; 福田 茂樹*; 古川 和朗*; 古屋 貴章*; 芳賀 開一*; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.2338 - 2340, 2010/05

日本においてERL型放射光源を共同研究チームで提案している。電子銃,超伝導加速空洞などの要素技術開発を進めている。また、ERL技術の実証のためのコンパクトERLの建設も進めている。これら日本におけるERL技術開発の現状について報告する。

論文

Preparation of fullerenes by arc discharge method; Effects of deposition temperature

大槻 龍生*; 那須 昭一*; 松下 真輝*; 藤井 貴美夫; 大橋 憲太郎*; 山本 涼市*

粉体および粉末冶金, 51(8), p.633 - 634, 2004/08

黒鉛電極を通電加熱して蒸発させてフラーレンを生成する条件に関する研究で、堆積場所である容器壁の温度と容器の大きさの影響に関する評価結果である。容器温度が低く容器が大きい方がフラーレンの収率が高まった。例えば冷却無しでの収率が0.5-1%であったのに対して、液体窒素で冷却すると7-10%に増加した。

口頭

アミノ酸の軟X線自然二色性スペクトル(SXNCD); 初測定とその後の発展

中川 和道*; 田中 真人*; 泉 雄大*; 安居院 あかね; 横谷 明徳; 藤井 健太郎; 室 隆桂之*; 松下 智裕*

no journal, , 

セリンとフェニルアラニン蒸着膜のSXNCDを酸素K殻領域で絶対値で測定することに成功したほか、酸素1s$$rightarrow$$$$pi$$*共鳴遷移領域に1.3eVの分裂を持つCDピークを検出した。理論家とも協力して円二色性が生じる機構も明らかにしていきたい。

口頭

ナトリウム冷却高速炉1次冷却系における気泡・溶存ガス挙動解析手法の開発,1; タンク型炉の解析モデルの検討

松下 健太郎; 伊藤 啓*; 江連 俊樹; 田中 正暁

no journal, , 

ナトリウム冷却炉では、炉心反応度擾乱防止等の観点から、ガス巻き込み等により1次冷却系統内に入り込んだ気泡・溶存ガス挙動評価が重要である。そのため、原子力機構では、高速炉1次系統内の気泡・溶存ガス挙動解析コードSYRENAの開発を進めている。本研究では、タンク型炉を対象としたSYRENAのフローネットワークモデル構築を行った。さらにフローネットワークモデルの検証の一環として、ループ型炉とタンク型炉における系統内の気泡挙動特性の比較を目的とした解析を実施した。その結果、両者のガス挙動特性に関していくつかの相違点があることを明らかにした。

口頭

液体ナトリウム中の気泡・溶存ガス挙動の研究; タンク型ナトリウム冷却高速炉1次冷却系のモデリングと評価

松下 健太郎; 伊藤 啓*; 江連 俊樹; 田中 正暁

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉(SFR)では、炉心反応度擾乱やIHXにおける熱交換率低下等を防止する観点から、一次冷却系統内の非凝縮性ガス量を制御することが重要である。このため、日本原子力研究開発機構ではSFRの一次冷却系統内の気泡・溶存ガス挙動評価に資するべく、数値計算コードSYRENAを開発している。本研究では、タンク型高速炉を対象にSYRENAのフローネットワークモデルを新たに構築し、一次系統内の気泡挙動を解析した。さらに、フローネットワーク内の上部プレナム部にD/Pモデルを導入し、D/P上下間のナトリウム交換流量および自由液面での気泡巻込み量をパラメーターとした解析を行うことで、一次系統内の気泡・溶存ガス挙動に対するD/P導入の影響を調査した。解析結果から様々な条件下における気泡挙動が得られた。特に自由液面での気泡巻込み量が多い場合と少ない場合とで、D/P上下間の交換流量の増加に対する一次系統内の気泡量の変化が異なることが示された。

口頭

ナトリウム冷却高速炉の一次冷却系統内非凝縮性ガス移行挙動評価手法の開発; タンク型炉内気泡挙動に対するディッププレートの影響

松下 健太郎; 江連 俊樹; 田中 正暁; 伊藤 啓*

no journal, , 

日本原子力研究開発機構で開発整備を進めている一次冷却系統内の非凝縮性ガス挙動評価コードSYRENAを用い、タンク型炉を対象に、ホットプレナム液面部におけるカバーガス巻込みの抑制および液面揺動の防止を目的とする水平板(ディッププレート:D/P)を設置した場合の非凝縮性ガス移行挙動について解析を実施し、一次冷却系統内のガス移行挙動を調べた。解析では、D/Pの上下間の通過流量およびホットプレナム液面部におけるカバーガス巻込み量をパラメータとして変化させ、炉心入口におけるボイド率に与える影響について検討した。以上の結果、炉心入口ボイド率の観点では、D/P上下の通過流量の変化によって与えられる影響に比べ、液面部におけるガス巻込み量の変化による影響の方が大きいとの結果が得られた。このことから、D/P導入によるガス巻込み量の抑制効果は、一次冷却系統全体の非凝縮性ガスの蓄積量の抑制に効果的であるとの見通しを得た。

口頭

非定常ガス巻込み渦の同定手法の検討; 渦中心線の抽出による自由渦の3次元的挙動評価

松下 健太郎; 江連 俊樹; 今井 康友*; 藤崎 竜也*; 田中 正暁

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉の炉上部プレナム内自由液面部におけるカバーガス巻込み渦の発生が、高速炉の安全設計上の課題となる。そのため、ガス巻込み渦を数値解析によって評価する必要があり、数値解析等で得られた速度分布に基づくガス巻込み量評価ツール「Stream Viewer」を開発している。本報では、Stream Viewerの高度化の一環として、自由液面上の渦中心点を起点として最近接の渦中心点を逐次探索することで連続的な渦中心線を抽出し、ガス巻込み渦の挙動を3次元的に評価する手法を検討した。検討した渦中心線の抽出手法を非定常に物体後流渦が発生する開水路試験体系に適用した結果、ガス巻込み渦が発生し得る体系において渦中心線の抽出が可能であることを確認した。また、渦の発生から下流への進展までにおける渦中心線の挙動を評価し、下流まで進展しガスコアが成長する渦と、ガスコアが成長しない渦とを判別できる見通しを得た。

口頭

ガス巻込み流量に対する渦軸方向圧力勾配の影響評価

鳥川 智旦*; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 松下 健太郎; 江連 俊樹; 田中 正暁

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉の炉容器内自由液面において、渦によるガス巻込みが発生する可能性がある。ガス巻込み流量が大きいとき、ガスが炉心部に流入すると炉出力擾乱の原因となり得るため、自由界面渦によるガス巻込み流量を評価することが求められる。本研究では、既往研究で未検討であった渦軸方向の圧力勾配の影響について、上部水槽と下部水槽を吸込み管で繋いだ体系によるガス巻込み流量計測実験及び吸込み管内気液二相流の可視化観察に基づく検討を行った。圧力勾配とガス巻込み流量の関係について、渦軸方向圧力勾配がほぼ一定でガス巻込み流量のみが増加する領域と、渦軸方向圧力勾配の増加にともなってガス巻込み流量が増加する領域が存在し、前者では吸込み管内に旋回環状流が形成され、後者では気液界面の乱れにより液プラグが発生することが分かった。また、上部水槽の液位が高くなるほど、旋回環状流の気相領域が細くなり、液プラグが発生しやすくなるため、小さいガス巻込み流量で流動形態の変化が起こることが分かった。

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