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小野 綾子; 坂下 弘人*; 山下 晋; 鈴木 貴行*; 吉田 啓之
Mechanical Engineering Journal (Internet), 11(4), p.24-00188_1 - 24-00188_12, 2024/07
原子力機構では、VOF法に基づく詳細二相流解析手法による炉内二相流評価手法の開発を行っており、燃料集合体を対象とした大規模二相流解析に適合する簡易沸騰モデルを開発着手した。簡易沸騰モデルでは、気泡の径や離脱までの時間を知るために、シミュレーションのグリッドサイズ以下となる気泡成長および運動の方程式を解く。一方で、JUPITERは、マイクロメートルオーダー以上の気泡挙動を計算する。本研究では、垂直面での強制対流沸騰が開発した簡易沸騰モデルを用いて解析される。実験データとの比較により、蒸気泡通過時間の流速依存性や熱流束依存性について実験データの傾向をよく説明できる結果となった。
小野 綾子; 坂下 弘人*; 山下 晋; 鈴木 貴行*; 吉田 啓之
Proceedings of 12th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS12) (Internet), 7 Pages, 2022/10
本研究では、新しい機構論に基づいた限界熱流束予測手法を提案する。適切な安全評価を行うため、また、設計コストを削減するために、メカニズムに基づくCHFの予測方法の確立が、長い間望まれてきた。核沸騰の高熱流束域からCHFまでの加熱面付近の気液挙動に関するいくつかの実験結果から、われわれは、加圧水型軽水炉でのCHFを予測するにはマクロ液膜ドライアウトモデルが適用できると考えている。マクロ液膜ドライアウトモデルを用いてCHFを予測するには、燃料表面のマクロ液膜の厚さとその上面を覆う蒸気泡の通過期間を予測することが必要となる。本研究では、著者らが提案したマクロ液膜の厚さの予測手法と蒸気泡の通過期間の予測手法を組み合わせることで、強制対流沸騰におけるCHFを評価する。評価した結果と強制対流沸騰におけるCHFの実験データを比較することで、その妥当性を検証する。
小野 綾子; 山下 晋; 坂下 弘人*; 鈴木 貴行*; 吉田 啓之
Proceedings of 13th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-13) (Internet), 12 Pages, 2022/09
原子力機構ではVOF法に基づいた詳細熱流動解析手法を開発している。詳細解析において壁面からの沸騰を再現するには、ミクロスケールの気液挙動を考慮するがあり、膨大計算コストを必要とする。そこで、本研究では、計算コストを削減した簡易的な沸騰モデルを開発し、開発したモデルを用いてJUPITERで沸騰の再現解析を行い、実験から取得した気液挙動のデータと比較した結果を示す。
小野 綾子; 山下 晋; 坂下 弘人*; 鈴木 貴行*; 吉田 啓之
第26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, 2022/07
原子力機構では、原子炉心部の二相流挙動に対して界面追跡法に基づく機構論的熱流動解析手法であるJUPITERやTPFITを適用する試みを行っている。より詳細な炉内熱流動を把握する計算手法を得ることで、安全評価の適正化や新型燃料の最適設計に資するため、開発が望まれている。しかしながら、界面追跡を用いた解析手法において、伝熱面から沸騰させるためには極めて微小な解析格子を設定する必要があり、原子炉燃料集合体などの大規模な計算体系への適用は不可能であることが大きな課題であった。そこで本研究では、大規模計算体系に対して計算コストを削減した、新しい簡易的な沸騰モデルを開発して、強制流動沸騰について熱流束および流速を変えた再現解析を実施した結果について報告する。
小野 綾子; 坂下 弘人*; 吉田 啓之
Heat Transfer Engineering, 42(21), p.1775 - 1788, 2021/00
被引用回数：4 パーセンタイル：23.62(Thermodynamics)本論文では、飽和およびサブクールプール沸騰において、マクロ液膜蒸発モデルに基づいた限界熱流束予測のための、マクロ液膜形成モデルを提案する。モデルは、これまでの実験結果に基づいて構築された。モデルでは、発泡点はポアソン分布に基づき分布するとしている。提案したモデルとマクロ液膜蒸発モデルを組み合わせることで、サブクール度40Kまでのプール沸騰における限界熱流束を予測することができた。また、モデルのコンセプトは、詳細二相流解析コード「TPFIT」を用いて検証された。
村田 哲也*; 三輪 修一郎*; 坂下 弘人*; 森 治嗣*; 笠原 清司; Yan, X.
no journal, ,
北海道内における高温ガス炉の融雪・地域暖房への適用性を検討した。具体的には、熱供給システムの概念設計、配管・熱交換器モデルの作成、高温ガス炉出力、設置場所の設定を行った。熱利用地域として札幌と石狩を想定したところ、年間最大熱需要435MWをまかなうためには、高温ガス炉GTHTR300が2基必要であった。原子炉と熱利用地域間の距離は約40kmとなったが、この距離でも高温ガス炉廃熱を地域暖房等に利用することは温度的に可能であった。給熱配管としては、二重管の方が単管と比べて低熱損失、低占有面積の点で有利であった。本システムでは、給熱配管は9ループ、熱交換器は5000基以上必要となった。
川上 大良*; 坂下 弘人*; 小野 綾子; 吉田 啓之
no journal, ,
原子炉の過酷事故時には溶融デブリがペデスタル上へ落下することが想定される。ペデスタルが水張りされている状況では溶融デブリは一部が粒子化し水中に分散し、残りは床面に達し溶融プールを形成して表面が固化しクラストを形成する。このような、クラスト上部に粒子状デブリが堆積したデブリベッドの冷却挙動は格納容器の健全性を評価する上で重要であるが、その影響については十分に明らかになっていない。著者らは、前報までに加熱した底面上に粒子層を堆積させた体系での実験を行い、底面での沸騰特性および限界熱流束は堆積粒子層の発熱にほとんど影響されない事実を明らかにした。本研究では、粒子層が加熱面上の限界熱流束に与える影響を明らかにすることを目的として、透明伝熱面上に粒子を堆積させ、伝熱面下方から全反射を利用した沸騰様相の可視化測定を実施した。これにより、堆積粒子層が伝熱面上のドライアウト挙動に与える影響を検討した。
小野 綾子; 山下 晋; 坂下 弘人*; 鈴木 貴行*; 吉田 啓之
no journal, ,
原子力機構では、原子炉心部の二相流挙動に対して界面追跡法に基づく機構論的熱流動解析手法であるJUPITERやTPFITを適用する試みを行っている。しかしながら、界面追跡を用いた解析手法において、伝熱面から沸騰させるためには極めて微小な解析格子を設定する必要があり、原子炉燃料集合体などの大規模な計算体系への適用は不可能である。そこで本研究では、大規模計算体系に対して計算コストを削減した、新しい簡易的な沸騰モデルを開発して適用した結果について報告する。
小野 綾子; 山口 学*; 坂下 弘人*; 上澤 伸一郎; 柴田 光彦; 吉田 啓之
no journal, ,
軽水炉における機構論的限界熱流束予測手法の確立が必要とされているものの、高圧域における沸騰現象の理解は実験の困難さからほとんど進んでいない。高圧域における沸騰現象の理解と限界熱流束モデルの構築に資するために、高温高圧下で沸騰面ごく近傍の気液微細挙動を計測することができる静電容量式プローブを開発した。開発したプローブとその妥当性検証試験結果について報告する。
川上 大良*; 桜田 渓史*; 坂下 弘人*; 小野 綾子; 吉田 啓之
no journal, ,
過酷事故時の溶融デブリの冷却機構を検討するために、伝熱面上に粒子層を堆積させ発熱密度や粒子層高さが底面での限界熱流束に与える影響を測定するとともに、伝熱面下方からの可視化実験を行った。
小野 綾子; 坂下 弘人*
no journal, ,
本発表では、飽和およびサブクールプール沸騰において、マクロ液膜蒸発モデルに基づいた限界熱流束予測のための、マクロ液膜形成モデルを提案する。モデルはこれまでの実験観察に基づいて構築された。モデル中では、発泡点の分布はポアソン分布に基づくと仮定している。提案したモデルによって予測されたマクロ液膜厚さは、マクロ液膜蒸発モデルに基づき、飽和およびサブクールプール沸騰における限界熱流束値の予測に用いられた。提案したマクロ液膜形成モデルとマクロ液膜蒸発モデルの組合せによりサブクール度40度までの限界熱流束を予測できる結果となった。
桜田 渓史*; 川上 大良*; 坂下 弘人*; 小野 綾子; 吉田 啓之
no journal, ,
原子炉の過酷事故時には溶融デブリが圧力容器底部を貫通しペデスタル上に落下することが想定される。ペデスタルが水張りされている状況では溶融デブリは一部が粒子化し水中に分散し、残りはペデスタル床面に達し溶融プールを形成して表面が固化しクラストを形成する。このような、溶融デブリ表面が固化しその上部に粒子状デブリが堆積したデブリベッドの冷却挙動は原子炉格納容器の健全性を評価する上で非常に重要であるが、水を用いた実験は少なく、またデータが大きく散乱するなど多くの課題がある。本研究では、直径75mmの伝熱面上に粒子化したデブリを模擬した球形粒子を堆積させ、水を用いて底面加熱体系での沸騰熱伝達およびドライアウト熱流束の測定を行った。粒径を3mmから10mmの範囲で変化させてその影響を調べるとともに、得られた結果をLipinskiの1次元モデルと比較し、同モデルの底面加熱体系への適用の妥当性を検討した。
桜田 渓史*; 川上 大良*; 坂下 弘人*; 小野 綾子; 吉田 啓之
no journal, ,
原子炉の過酷事故時には溶融デブリがペデスタル上へ落下することが想定される。ペデスタルが水張りされている状況では溶融デブリは一部が粒子化し水中に分散し、残りはペデスタル床面に達し溶融プールを形成して表面が固化しクラストを形成する。このような、溶融デブリ表面が固化しその上部に粒子状デブリが堆積したデブリベッドの冷却挙動は原子炉格納容器の健全性を評価する上で重要であるが、粒子状デブリの発熱がクラスト表面からの除熱特性に与える影響については過去に報告されていない。本研究では、直径75mmの伝熱面上に粒子化したデブリを模擬した球形粒子を堆積させ、底面加熱に加えて高周波誘導加熱により粒子層を発熱させた。これにより、底面上の水の沸騰熱伝達およびドライアウト熱流束に与える粒子層発熱の影響を検討した。
坂下 弘人*; 川上 大良*; 小野 綾子; 吉田 啓之
no journal, ,
MCCI緩和策としてペデスタルに事前に水張りをする対策が検討されているが、この状況において溶融燃料が落下した際のデブリ周りの伝熱流動挙動に関する研究はほとんど行われていない。本研究では、誘導加熱法により発熱させた金属小粒子を堆積させた伝熱面において、粒子径および発熱量を変化させて限界熱流束を計測した。限界熱流束は粒子径の減少とともに減少するものの、粒子の発熱量は影響しなかった。粒子体積層内の気液挙動が限界熱流束を引き起こすとして導かれた既存の式は、今回の試験体系における限界熱流束を予測することができないことを明らかにした。
