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栗田 圭輔; 飯倉 寛; 土川 雄介; 甲斐 哲也; 篠原 武尚; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 齊藤 泰司*; 松林 政仁
Journal of Physics; Conference Series, 2605, p.012005_1 - 012005_6, 2023/10
2021年2月26日にJapan Research Ractor-3(JRR-3)の運転が再開され、2021年7月には利用運転が再開された。JRR-3の運転再開に伴い、TNRFとCNRFと呼ばれる2つのイメージング施設も利用を再開している。本発表では、これら2つの中性子施設の詳細について報告する。
齊藤 泰司*; 伊藤 大介*; 大平 直也*; 栗田 圭輔; 飯倉 寛
Journal of Physics; Conference Series, 2605, p.012028_1 - 012028_6, 2023/10
中性子イメージングで流速分布を観察するためには、適切なトレーサーが必要である。その要件は、密度,視認性,濡れ性(液体金属に適用する場合)である。金カドミウムトレーサーは、Pb-Bi二相流に適用するために開発されたが、粒子径や測定システムによっては、可視性が検証されていない。トレーサー粒子の候補として、Ag, Cd, Au-Cd, Ag-Cdを組成と粒径を変えてテストした。その結果、1mm以上の粒子径であれば、十分な視認性が得られることがわかった。また、Cdトレーサー粒子を流動層に適用し、流動層材料として直径1mmのステンレス鋼製の金属粒子を用いた。Cdトレーサーの直径は約1.5mmである。中性子イメージングにより、トレーサーの視認性は流動層内の速度分布を測定するのに十分であることが確認された。
伊藤 大介*; 大平 直也*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 栗田 圭輔; 飯倉 寛
Journal of Physics; Conference Series, 2605, p.012024_1 - 012024_6, 2023/10
多くの熱交換器において発現する気液二相流という現象を理解するためには、二相流のダイナミクスを明らかにする必要がある。本研究では、高速中性子イメージングを二相流ダイナミクスの計測に適用し、ボイド率計測の精度を検討した。
Song, K.*; 伊藤 啓*; 伊藤 大介*; 大平 直也*; 齊藤 泰司*; 松下 健太郎; 江連 俊樹; 田中 正暁
Proceedings of 30th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE30) (Internet), 10 Pages, 2023/05
自由表面渦によるガス巻込み現象はナトリウム冷却高速炉の炉出力を擾乱させる原因となり得る。そのため、ナトリウム冷却高速炉の実用的な安全設計のために、ガス巻込み現象によるガス巻込み流量を正確に評価する必要がある。本研究では、ガス巻込み現象の正確な評価のためのCFD解析の適用性について検討することを目的に、吸い込み管を有する円筒容器における自由表面渦およびそれに伴うガス巻込み現象のシミュレーションにCFD解析を適用し、CFD解析結果とガス巻込み現象の実験データとを比較した。その結果、CFD解析結果と実験結果とで吸い込み管内部の二相流形態がよく一致し、かつ自由液面における渦のガスコアの形状もよく一致した。よって、CFD解析によって、自由表面渦によって引き起こされるガス巻込み現象を許容誤差の範囲内で適切かつ正確に予測できることが確認された。
伊藤 大介*; 大平 直也*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 栗田 圭輔; 飯倉 寛
混相流, 37(1), p.73 - 78, 2023/03
気液二相流は、気相と液相の相互作用が関与する非常に複雑な流れ現象である。最近、二相流の正確なシミュレーション技術が開発された。ただし、実験データが少ないため、シミュレーション結果の検証は不十分である。時空間変動が大きい界面挙動を測定することは特に困難である。このような現象を理解するには、空間的・時間的分解能の高い計測手法が必要である。中性子イメージングは、二相流の視覚化のための強力なツールである。この研究では、狭い長方形の流路内の二相流を高速中性子イメージングによって可視化した。
山本 誠士郎*; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 今泉 悠也; 松場 賢一; 神山 健司
混相流, 37(1), p.79 - 85, 2023/03
In the safety study on a sodium-cooled fast reactor, it is assumed that the high temperature fuel debris are formed because of a core disruptive accident. During the cooling of the fuel debris, gas-liquid two-phase flow can be generated in the debris due to the coolant boiling. To improve the prediction accuracy of the flow characteristics, detailed measurement of the gas-liquid two-phase flow in the debris bed is required. In this study, gas-liquid two-phase flow in a quasi-two-dimensional sphere-packed bed, which simulates the debris bed, is visualized by using X-ray imaging. The experimental results show that the local void fraction increases near the splitting section in the packed bed and decreases near the coalescence section.
伊藤 大介*; 佐藤 博隆*; 大平 直也*; 齊藤 泰司*; Parker, J. D.*; 篠原 武尚; 甲斐 哲也; 及川 健一
Journal of Nuclear Materials, 569, p.153921_1 - 153921_6, 2022/10
被引用回数：4 パーセンタイル：42.88(Materials Science, Multidisciplinary)To develop a lead-bismuth eutectic (LBE) cooled nuclear reactor, phase transition phenomena of LBE are very important. In the solidification of LBE, the crystalline structure is varied with the cooling process. The volumetric expansion of LBE must be clarified for the safety of an LBE cooled nuclear reactor. The time dependence of the volumetric expansion depends on the crystalline microstructure. In this study, the crystalline microstructure of the LBE samples solidified with the different cooling processes was investigated by the neutron Bragg edge imaging technique. Spatially integrated and local microstructure characteristics of LBE samples were analyzed. Characteristics of preferred orientation of LBE microstructure were clarified.
山本 誠士郎*; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 今泉 悠也; 松場 賢一; 神山 健司
Proceedings of 12th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS12) (Internet), 4 Pages, 2022/10
To develop a microscopic pressure drop prediction model based on detailed measurement data of gas liquid two-phase flow, the pressure drop was measured in the vertical upward gas-liquid two-phase flow formed in quasi-2D test section. The measurement results showed that the pressure drop in the quasi-2D test section was much smaller than that in the ordinal packed bed system, which suggests that the pressure drop mechanism in the quasi-2D test section could be different from that in the ordinal packed bed system due to differences in two-phase flow characteristics in the two systems. The void fraction distribution was also measured in the quasi-2D test section by the X-ray imaging technique, which revealed that there was a local distribution of the void fraction in the channel unit structure of the closest packed bed.
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。
栗田 圭輔; 齊藤 泰司*; 伊藤 大介*; 大平 直也*; 飯倉 寛
no journal, ,
液体金属プール内の気泡または水滴の上昇速度を推定する実験を行った。溶融合金中で蒸発する二相気泡の動的挙動を500fpsの高フレームレート中性子イメージングにより明瞭に観察することができた。高フレームレート(500fps)の中性子イメージングを使用して明確に観察された。抵抗係数の測定は、単一の窒素ガス気泡と、液体金属中で蒸発する二相気泡を含む水滴に対して行われた。その結果から、溶融ニュートン合金中の単一気泡・液滴の上昇速度の関係を、気泡・液滴の形状を考慮しながら詳細に明らかにした。
原山 勲; 栗田 圭輔; 飯倉 寛; 土川 雄介; 甲斐 哲也; 篠原 武尚; 松林 政仁; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 齊藤 泰司*
no journal, ,
研究用原子炉JRR-3では、2種類の中性子ラジオグラフィ装置を運用している。TNRF(Thermal Neutron Radiography Facility)は広い照射野(縦305mm
横255mm)と高い中性子束(1.010
n/cm
/sec)が特徴である。そのため、短時間でのCT(Computed Tomography)や高速動画撮像に有効である。一方、CNRF(Cold Neutron Radiography Facility)の中性子束は1.710
n/cm/secとなる。TNRFに比べコントラストの高い画像が得られ、物質の密度差を詳細に調べる際に有効である。TNRFでは主にZnS/
LiFの蛍光コンバータとカメラを用いたシステム、CNRFではイメージングプレートを撮影で用いる。TNRFの空間分解能は、冷却CCDカメラ(Andor製iKon-L 936)を使用して視野を70mm70mmに調整した場合、約200
mであった。CNRFではイメージングプレートを用いた場合、約80mである。いずれの装置も外部利用者の研究課題を広く募集しており、本年度採択された課題件数は、現在TNRF: 24件、CNRF: 6件である。本発表では、外部利用者受け入れ状況の詳細や、最近の装置設備や装置性能、撮像例について紹介する。
栗田 圭輔; 飯倉 寛; 原山 勲; 土川 雄介; 甲斐 哲也; 篠原 武尚; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 齊藤 泰司*; 松林 政仁
no journal, ,
原子力科学研究所の敷地内には2つの大型中性子実験施設が設置されている。一つはJ-PARC、もう1つはJRR-3である。それぞれに中性子イメージング装置がある。本講演では、JRR-3の中性子線撮影装置の性能、更新装置、利用実績、撮影例などを紹介する。
伊藤 啓*; 江連 俊樹; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 齊藤 泰司*
no journal, ,
本研究では、気液界面における相変化過程の精密な物理的メカニズムを考慮することで、シミュレーション精度と安定性を向上させた相変化モデルを提案し、シミュレーション精度向上の観点で界面での凝縮量を決定する界面近傍の温度勾配の計算手法について検討した。その上で、本モデルを基礎的な凝縮問題に適用した結果を従来の評価手法による評価結果と比較することで、本モデルの優位性を確認した。
大平 直也*; 伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 今泉 悠也; 松場 賢一
no journal, ,
The void fraction distribution within the randomly packed bed filled with uniformly sized spheres was measured by X-ray CT to reveal a more detailed two-phase flow structure in the packed bed. The void fraction distributions seem to correspond to the porosity distribution, which was relatively high near the pipe wall, and relatively low near the center under the condition of slow liquid flow rate condition. It also shows the relatively lower void fraction at the first ring than at the second ring although the porosities at these locations were similar.
伊藤 啓*; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 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における自由表面渦によるガス巻込み現象について、発生条件を予測する研究が多く行われている。その一方で、自由表面渦によって巻き込まれるガスの流量(巻込みガス流量)の評価に関する研究は数が限られている。著者らは、巻込みガス流量の評価手法を確立するために、過去に簡単な試験や数値解析を実施し、それらの結果から旋回環状流モデルに基づく巻込みガス流量の評価モデルの候補を提案した。本研究では、この評価モデルの実機への適用性を確認するために、数値解析によって得られた渦の自由表面凹部(ガスコア)周辺の液相流速分布に本評価モデルを適用し、巻込みガス流量を評価した。その結果、巻込みガス流量の評価値は試験における測定値より小さくなることが確認された。これは旋回環状流モデルに採用されている界面摩擦係数が吸込み管内の流れに対して最適化されたものであり、ガスコア周辺の流れの評価には適していないことを示している。そこで、実機における巻込みガス流量の現実的な評価に適した値を見出すために、界面摩擦係数についてのパラメータサーベイを実施した。
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。
齊藤 泰司*; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 栗田 圭輔
no journal, ,
中性子イメージングにより、ステンレスビーズを用いた長方形の噴流層内の流動構造を可視化した。ステンレスビーズの直径は1mmで、トレーサーとしてカドミウム粒子をベッドに投入した。中性子透過画像は、日本原子力研究開発機構の研究炉JRR3の熱中性子ラジオグラフィー施設の高速撮像装置で得た。カドミウム粒子の速度プロファイルを測定するため、フレームレートは250fpsであった。その結果、中性子イメージングにより、床材の分布やカドミウム粒子の流動挙動を明確に可視化することができた。また、ガス流量による流動構造の変化について考察する。
水野 知紘*; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 今泉 悠也; 松場 賢一; 神山 健司
no journal, ,
粒子充填層における気液二相流の圧力損失評価では、流動様式毎に適切な界面抗力モデルを用いることが重要である。これまでの研究で、従来の流動様式線図と観察した流動様式に乖離があることが分かったことから、本研究では、実験で観察した流動様式に基づき、圧力損失に対する界面抗力の影響について検討した。
伊藤 啓*; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 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において、炉容器内の自由界面渦によって巻込まれたガスが炉心部に流入すると、炉出力擾乱の原因となる可能性がある。そのため、高速炉設計においてガス巻込み流量を評価する手法が必要となる。本研究では、ガス巻込み流量を決定するメカニズム検討の一環として、上下2つの円筒容器を配管で接続した実験体系における自由界面渦を対象とした数値解析を行い、様々な圧力条件下でのガス巻込み流量を評価した。その結果、上部-下部容器間の圧力差を変化させた際のガス巻込み流量の変化が、実験結果と解析結果とで一致し、数値解析によってガス巻込み流量を評価できることが確認された。
藤津 光人*; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 今泉 悠也; 松場 賢一; 神山 健司
no journal, ,
球充填層内気液二相流の圧力損失予測としてLipinskiモデルがよく使用されてきているが、高精度な予測のためには、充填層内における流動様式を正確に与える必要がある。しかしながら、複雑な流路内の流動を可視化することが難しく、これまでは限られた知見をもとにモデルの開発が行われてきている。本研究では、球充填層を簡素化した模擬流路における可視化計測から流動様式を明らかにし、流動条件などによる影響を調べた。
