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小野 綾子; 大川 富雄*; 吉田 啓之
Journal of Nuclear Science and Technology, 62(12), p.1231 - 1239, 2025/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Nuclear Science & Technology)高精度で信頼性の高い限界熱流束(DNB)評価手法の開発は、カーボンニュートラルの早期実現のために必要な次世代PWRの最適設計に必要不可欠である。本研究では、DNBを引き起こす主要な必要条件の一つが伝熱面上の大気泡形成であると考え、その形成熱流束を予測するモデル開発に着手した。本モデルでは、ポアソン分布で分布を仮定した発泡点から発生する一次気泡同士の接合により、小合体泡が形成されるとし、離脱時の小合体泡の半径が、三島のスラグ形成条件を満足すれば大気泡が生成される。実験データを用いた解析の結果、提案モデルは大きな蒸気塊を形成するための熱流束をよく予測することがわかった。
小野 綾子; 大川 富雄*
Proceedings of 2025 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2025) (Internet), 12 Pages, 2025/09
次世代炉の設計および安全評価へ資するために、料集合体における限界熱流束(DNB)の新たな予測手法を確立することを目指す。DNBの初期トリガーは伝熱面上に形成される大気泡であると考えられるため、その形成に必要な熱流束の予測に焦点を当てる。本研究では、流数値流体力学(CFD)と大気泡形成モデルを統合し、気泡の発生、成長、運動、接合をシミュレートする簡易な数値解析手法を開発した。さらに、大気泡が形成される際の伝熱面上の蒸気量について分析し、その発生時の条件を予測する。
小野 綾子; 大川 富雄*; 吉田 啓之
Proceedings of 14th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics, Operation, and Safety (NUTHOS-14) (Internet), 11 Pages, 2024/08
高精度で信頼性の高い限界熱流束(DNB)評価手法の開発は、カーボンニュートラルの早期実現のために必要な次世代PWRの最適設計に必要不可欠である。本研究では、DNBを引き起こす主要な必要条件の一つが伝熱面上の大気泡形成であると考え、その形成熱流束を予測するモデル開発に着手した。本モデルでは、ポアソン分布で分布を仮定した発泡点から発生する一次気泡同士の接合により、小合体泡が形成されるとし、離脱時の小合体泡の半径が、三島のスラグ形成条件を満足すれば大気泡が生成される。本モデルによる解析結果は、大気泡形成熱流束の流速依存性を示し、適用可能性を確認した。
Sun, G.*; Zhan, Y.*; 大川 富雄*; 青柳 光裕; 内堀 昭寛; 岡野 靖
Experimental Thermal and Fluid Science, 151, p.111095_1 - 111095_15, 2024/02
被引用回数：9 パーセンタイル：62.39(Thermodynamics)Experiments were carried out on the liquid jet ejected from oval nozzles to investigate the effects of nozzle orifice shape on jet behavior. At low and high liquid flow rates, the liquid jet behaved similarly to the circular jet in our previous studies; the jet breakup lengths and the size of the droplets formed after the jet breakup were expressed by similar dimensionless correlations as those for the circular jet. At the intermediate liquid flow rate, a bamboo leaf-like structure formed on the liquid jet dominated the jet breakup. The jet breakup lengths were therefore correlated using a theory for the surface tension-induced shape oscillation of elliptical fluid. These correlations enabled to estimate the liquid jet state at any distance from the nozzle. It was also confirmed that if the state of the liquid jet at the impact point is known, the splash rate and the size of the splashed droplets can be predicted satisfactorily using the available correlations based on the experimental data for the circular jet.
Sun, G.*; 大川 富雄*; 青柳 光裕; 内堀 昭寛; 岡野 靖
Proceedings of 30th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE30) (Internet), 8 Pages, 2023/05
ナトリウム冷却高速炉における冷却材漏えい時には、漏えいした液体ナトリウムの液跳ねが、ナトリウムの燃焼へ影響する。これまでの研究では、円形の破損孔を想定した実験を行い、液跳ね前の噴流の状態が液跳ね挙動へ影響することが分かっている。本研究では実機を模擬した急拡大ノズルを用いた実験を行い、噴流の状態を可視化した。可視化実験の結果、ジェット流速が一定以上の場合には、ジェットが安定状態に至るまではジェット崩壊が促進された。またジェットが不安定状態に遷移すると、流速を大幅に低下させない限り安定状態には戻らない結果であった。安定状態に遷移した後のジェット流は、同流量の不安定状態のものと比べて長い分裂長さであった。
Sun, G.*; Zhan, Y.*; 大川 富雄*; 青柳 光裕; 内堀 昭寛; 岡野 靖
Proceedings of 29th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 29) (Internet), 6 Pages, 2022/08
ナトリウム冷却高速炉における冷却材漏えい時には、漏えいした液体ナトリウムの液跳ねが、ナトリウムの燃焼へ影響する。これまでの研究では、円形の破損孔を想定した実験を行い、液跳ね前の噴流の状態が液跳ね挙動へ影響することが分かっている。一方で実際の破損孔は必ずしも円形ではないことから、本研究では長円形断面のノズルを用いた実験を行い、噴流の状態を高速度カメラにより可視化した。可視化実験の結果、一定の速度域では表面波の出現によって、噴流の分裂が促進されることが明らかとなった。
大川 富雄*; 森 昌司*; Liu, W.*; 小瀬 裕男*; 吉田 啓之; 小野 綾子
日本原子力学会誌ATOMO
, 63(12), p.820 - 824, 2021/12
原子炉設計における効率的な燃料設計および最適な安全評価のために、機構論に基づいた限界熱流束評価技術が望まれている。この長年の技術課題は、近年の詳細解析技術及び計測技術の体系的統合を段階的に進めることで、打開できる可能性がある。このため本研究専門委員会では、将来的な限界熱流束評価技術の構築に向けて、過去の膨大な研究を精査することで必要な知見を整理する。これらの議論を通して、原子炉における機構論的限界熱流束評価技術に必要な研究課題を提示する。Part2では、これまでの限界熱流束機構に関する基礎研究や限界熱流束の予測手法確立に必須な数値解析手法の発展にふれ、課題提起を行う。
Zhan, Y.*; Sun, G.*; 大川 富雄*; 青柳 光裕; 高田 孝
Experimental Thermal and Fluid Science, 126, p.110402_1 - 110402_8, 2021/08
被引用回数：9 パーセンタイル：49.88(Thermodynamics)Experiments were conducted to explore the droplet generation process when an ascending liquid spray impacts on a downward-facing solid surface. The droplets generated in the present experiments were classified into the two types: one is the splashing droplets generated by the impacts of droplets in spray and the other is the falling droplets produced from a liquid film formed on the solid surface. The falling droplets were further classified to the first falling droplets and the satellite droplets. It was found that the ratio of the splashing droplets increases with an increase in the impact Weber number. The size of the splashing droplets was in the same order with the impacting droplets in spray. On the other hand, the size of the falling droplets was inversely proportional to their order. Using the experimental data, dimensionless correlations were developed for the rates and sizes of the splashing and falling droplets.
Zhan, Y.*; 桑田 裕介*; 大川 富雄*; 青柳 光裕; 高田 孝
Experimental Thermal and Fluid Science, 120, p.110249_1 - 110249_12, 2021/01
被引用回数：15 パーセンタイル：70.21(Thermodynamics)Experiments were preformed to measure the mass and size of secondary droplets splashed during liquid jet impingement onto a horizontal solid surface. To explore the effects of liquid hydraulic properties, pure water, two aqueous solutions of glycerin, and two aqueous solutions of ethanol were used as the test solutions. Using the experimental data accumulated in this work, dimensionless correlation was developed for the splash ratio. Here, it was assumed that the mass of secondary droplets splashed per impact can be expressed as a function of the impact Weber number and the Ohnesorge number. The correlations for the Sauter mean diameter and the size distribution of secondary droplets were also proposed. It was shown that the size distribution of the secondary droplets can be fitted with the log-normal distribution. Two parameters determining the log-normal distribution profile were correlated by the impact Weber number.
Zhan, Y.*; 桑田 裕介*; 丸山 清嵩*; 大川 富雄*; 榎木 光治*; 青柳 光裕; 高田 孝
Experimental Thermal and Fluid Science, 112, p.109953_1 - 109953_8, 2020/04
被引用回数：22 パーセンタイル：77.39(Thermodynamics)The breakup process of liquid jet was explored through visualization to develop a prediction model for liquid splash. Water, ethanol aqueous solution, and glycerin aqueous solution were used as the test liquids to explore the effects of surface tension and viscosity. Since the droplets were produced due to jet breakup, the impact frequency was zero just downstream of the nozzle and increased asymptotically with an increase in the distance from the nozzle. Thus, auxiliary correlations were developed for the minimum breakup length where the jet breakup is initiated, the maximum breakup length where the jet breakup is completed, the mean droplet size and the impact frequency. It was demonstrated that the impact frequencies calculated by the proposed model agree with the experimental data fairly well. For the application to coolant leakage in sodium-cooled fast reactors, a simple method to ensure conservative estimation of the impact frequency was also proposed.
Zhan, Y.*; 大箭 直輝*; 榎木 光治*; 大川 富雄*; 青柳 光裕; 高田 孝
Experimental Thermal and Fluid Science, 98, p.86 - 94, 2018/11
被引用回数：18 パーセンタイル：65.89(Thermodynamics)In sodium-cooled fast reactors, liquid sodium leakage may lead to fire accident. In the case that the liquid sodium is discharged as a liquid jet, a number of droplets are produced during liquid jet impingement on the structures. In the present work, a liquid jet was emanated vertically downward from a circular nozzle hole onto a horizontal disk to measure the total amount and the maximum size of splashed droplets. It was found that a significant amount of liquid was splashed when the liquid jet impinged as a broken jet. Thus, a prediction method was first developed for the impact frequency of the primary droplets produced due to the jet breakup. It was then shown that a phenomenological model using the impact frequency and the impact Weber number as the important variables can predict the splashing rate well. It was also indicated that the size of the maximum splashed droplets was fairly proportional to the size of primary droplets.
桑田 裕介*; Zhan, Y.*; 榎木 光治*; 大川 富雄*; 青柳 光裕; 高田 孝
Proceedings of 12th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-12) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2018/10
ナトリウム冷却高速炉の冷却材が漏洩した場合の熱影響解析精度向上に向けて、ノズルより鉛直下向きに液体を噴射し、水平固体面に衝突した場合の粘度を考慮した飛散液滴量相関式について検討した。
Zhan, Y.*; 大箭 直輝*; 榎木 光治*; 大川 富雄*; 大野 修司; 青柳 光裕; 高田 孝
Proceedings of 25th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-25) (CD-ROM), 6 Pages, 2017/07
ナトリウム(Na)冷却高速炉におけるNa漏えい・燃焼時の熱影響を適切な信頼性確保しつつ解析評価するためには、漏えいNaの液滴量を物理的な観点から合理的に設定することが重要である。本研究では基礎実験として、下向きの水噴流を水平板に衝突させ、その際の液滴化率を計測した。計測の結果として液滴飛散率は、ウェーバー数と無次元衝突頻度の関数として定式化できることが示された。
Yi, Z.*; 大箭 直輝*; 榎木 光治*; 大川 富雄*; 大野 修司; 青柳 光裕; 高田 孝
Proceedings of 10th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-10) (USB Flash Drive), 7 Pages, 2016/11
ナトリウム(Na)冷却高速炉におけるNa漏えい・燃焼時の熱影響を適切な信頼性確保しつつ解析評価するためには、漏えいNaの液滴量を物理的な観点から合理的に設定することが重要である。本研究では基礎実験として、下向きの水噴流を水平板に衝突させ、その際の液滴化率を計測した。計測の結果として液滴飛散率は、ウェーバー数とストローハル数、オーネゾルゲ数の関数として定式化できることが示された。
Yi, Z.*; 大箭 直輝*; 榎木 光治*; 大川 富雄*; 大野 修司; 青柳 光裕
Proceedings of 24th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-24) (DVD-ROM), 7 Pages, 2016/06
ナトリウム(Na)冷却高速炉におけるNa漏えい・燃焼時の熱影響を適切な信頼性確保しつつ解析評価するためには、漏えいNaの液滴量を物理的な観点から合理的に設定することが重要である。本研究では基礎実験として、下向きの水噴流を水平板に衝突させ、その際の液滴化率を計測した。計測の結果として液滴飛散率は、ウェーバー数とストローハル数の関数として定式化できることが示された。
大箭 直輝*; 大川 富雄*; 榎木 光治*; 大野 修司; 青柳 光裕
no journal, ,
ナトリウム(Na)冷却高速炉におけるNa漏えい・燃焼時の熱影響を適切な信頼性確保しつつ解析評価するためには、漏えいNaの液滴径を物理的な観点から合理的に設定することが重要である。本研究では液滴生成メカニズムを解明するための基礎試験を水を用いて行った。流速,ノズル口径,高さを変えた噴流を平板に衝突させた。高速度カメラを用いた観察および生成液滴量と最大液滴径の計測を行った。観察された噴流形状は、液滴状の噴流であるdropモード、ほぼ真っ直ぐな噴流であるjetモード、乱れてくびれが生じるlumpモードの3つのモードに分類された。液滴生成量が衝撃を伴う噴流衝突の周波数との間に強い相関があることや、最大液滴径がdrop, lumpモードで大きいことを確認した。
Nguyen, T.-B.; 柴本 泰照; 佐藤 聡; 大川 富雄*
no journal, ,
Knowledge of the liquid sublayer thickness (LST) that exists as macro-layer between the bubble and the wall is crucial for evaluating DNB heat flux in subcooled flow boiling. A previous report suggested that the LST can be measured using the confocal displacement sensor. However, the data discontinuity by the sensor and the large discrepancy with the available correlations are remaining obstacles for this measurement. To address these issues, a new laser displacement sensor has been used with an additional two high-speed cameras for the test section's side-view and front-view. This setup resolves the source of discontinuity in the data and provides the data with good agreement with existing correlations.
Zhan, Y.*; 大箭 直輝*; 榎木 光治*; 大川 富雄*; 青柳 光裕; 大野 修司; 高田 孝
no journal, ,
ナトリウム(Na)冷却高速炉におけるNa漏えい時の燃焼解析手法の高度化に向け、鉛直下方へ噴出させた液体噴流が水平固体面へ衝突する際の、液滴生成メカニズムおよび飛散液滴量相関式について検討した。
Zhan, Y.*; 大箭 直輝*; 榎木 光治*; 大川 富雄*; 青柳 光裕; 大野 修司; 高田 孝
no journal, ,
ナトリウム冷却高速炉における冷却材漏えい時の燃焼解析手法の高度化に向け、鉛直下方へ噴出させた液体噴流が水平固体面へ衝突する際の、液滴生成メカニズムおよび飛散液滴量相関式について検討した。
Zhan, Y.*; 丸山 清嵩*; 桑田 裕介*; 榎木 光治*; 大川 富雄*; 青柳 光裕; 高田 孝
no journal, ,
ナトリウム(Na)冷却高速炉におけるNa漏えい時の燃焼解析手法の高度化に向け、上向き噴出させた液体が水平固体面へ衝突する際の落下液滴について、実験的検討を実施した。
