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論文

Numerical interpretation of hydrogen thermal desorption spectra for iron with hydrogen-enhanced strain-induced vacancies

海老原 健一; 杉山 優理*; 松本 龍介*; 高井 健一*; 鈴土 知明

Metallurgical and Materials Transactions A, 52(1), p.257 - 269, 2021/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:45.37(Materials Science, Multidisciplinary)

応力腐食割れの原因の1つと考えられている水素脆化に関し、近年、材料の変形時に水素により過剰生成した空孔が直接の原因と考える水素助長ひずみ誘起空孔モデルが提案されている。しかし、その定量的考察はあまりなされておらず、誘起空孔の挙動の定量的評価が必要である。このことから、本研究では、水素添加と同時にひずみを与えた純鉄の薄膜試料の水素熱脱離スペクトルを、空孔及び空孔クラスターの挙動を考慮したモデルでシミュレーションした。モデルでは、9個の空孔からなる空孔クラスター($$V_9$$)までを考慮し、空孔及び空孔クラスターの水素トラップエネルギーとして、分子静力学で見積もった値を用いた。また、拡散に関するパラメータも原子レベル計算で評価した値を用いた。結果として、モデルは、全体としてスペクトルを再現し、時効処理の温度に対するスペクトルの変化も再現した。一方、実験との2つの特徴的な違いも現れ、その考察から、$$V_2$$及び$$V_3$$の拡散はモデルより遅いこと、また、水素と共にひずみを与える際に、空孔クラスターも生成されることの可能性が見出された。本モデルは、照射で生成した空孔の挙動の考察にも応用可能と考える。

論文

周期配列突起を有する直線管路内の乱流解析

岡垣 百合亜*; 杉山 均*; 加藤 直人*; 日野 竜太郎

自動車技術会論文集, 43(4), p.949 - 955, 2012/07

ブロック型高温ガス炉の経済性向上にかかわる燃料棒の発熱密度を高めるため、燃料棒の黒鉛シースに周期配列突起(リブ)を設けて燃料棒の乱流熱伝達を促進させることが考えられている。リブ加工時の製作性を考慮して、リブ断面は直方体形状を候補としているが、熱伝達性能に及ぼす配列のピッチやリブ高さなどの影響及び効果をあらかじめ把握しておく必要がある。そこで、今後の燃料棒設計への適用を見通して、非等方性乱流にも適用でき、しかも、解析負荷を抑制できる乱流モデルとして代数レイノルズ応力モデルに注目し、同モデルを用いて周期配列リブ付き直線管路内の乱流解析を行った。その結果、リブ付き流路に特徴的な流れの再付着点位置やリブ周辺の渦をよく再現し、同モデルはリブに起因する非等方性乱流場の予測に適用できることがわかった。

論文

Numerical analysis of turbulent flow with heat transfer in a square duct with 45 degree ribs

岡垣 百合亜*; 杉山 均*; 加藤 直人*; 寺田 敦彦; 日野 竜太郎

Proceedings of 19th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-19) (CD-ROM), 8 Pages, 2011/10

高温のヘリウムガス熱交換器の伝熱促進等に有用な45度に傾斜した矩形リブを配した矩形ダクト内の乱流熱伝達特性について、新たに開発した代数応力モデルを用いて数値解析を実施した。解析結果は、PIVによる高レイノルズ数の乱流場における実験結果をよく再現しており、解析モデルの妥当性を確認できた。

論文

周期配列突起を有する直線管路内の乱流解析

岡垣 百合亜*; 杉山 均*; 日野 竜太郎; 加藤 直人*; 寺田 敦彦

日本機械学会関東支部ブロック合同講演会講演論文集, p.35 - 36, 2011/09

伝熱性能を向上させるため、壁面にリブと呼ばれる突起を周期的に配置することにより、乱れを増加させる手法が広く用いられている。今後の発展が期待される高温ガス炉(HTGR)では、水素製造プロセスなどへの効率的な核熱供給を行うため、リブによる伝熱促進を図ったプロセス熱交換器を用いる計画である。本研究は、熱交換器の設計コード開発の第一段階として、考案した代数レイノルズ応力モデルを用いて周期配列突起付き直線管路の乱流解析を行い、その妥当性を検証するため、CasarsaらのPIV計測実験結果と比較検討した。その結果、速度場,レイノルズ応力分布の実験結果との比較から、速度分布の結果は実験とほぼ一致するが、レイノルズ応力においては他の乱流モデルと同様に値や分布に違いがみられることがわかった。

口頭

ひずみ誘起空孔を含む純鉄の水素熱脱離スペクトルの数値的考察

海老原 健一; 杉山 優理*; 高井 健一*; 松本 龍介*; 鈴土 知明

no journal, , 

水素脆化は、鉄鋼材料における遅れ破壊や溶接熱影響部での割れの原因として考えられており、その機構解明及びそれに基づく予測・予防が望まれている。水素脆化機構として提案されているいくつかのモデルにおいて、水素助長ひずみ誘起空孔モデルでは、水素によって過剰に発生した空孔そのものが脆化を引き起こすと考えている。実験においてモデルを支持する結果が得られているが、空孔量や空孔の凝集で生成される空孔クラスターのサイズや量などの脆化への影響に関する定量的考察はあまり見られない。このことから、本研究では、ひずみにより誘起される空孔や空孔クラスターの挙動についての定量的考察を目指し、水素助長ひずみ誘起空孔を含む純鉄の水素熱脱離スペクトルの数値シミュレーションによる再現を試みた。結果として、シミュレーション結果には実験スペクトルとの違いが現われ、それらは空孔クラスターの拡散速度に起因することが示唆された。本結果については、照射により空孔が過剰となる原子力材料の脆化の研究への応用が考えられる。

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