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論文

Subchannel analysis of thermal-hydraulics in a fuel assembly with inner duct structure of a sodium-cooled fast reactor

菊地 紀宏; 今井 康友*; 吉川 龍志; 堂田 哲広; 田中 正暁; 大島 宏之

Journal of Nuclear Engineering and Radiation Science, 5(2), p.021001_1 - 021001_12, 2019/04

原子力機構では、先進ループ型ナトリウム冷却高速炉の設計検討における炉心損傷事故に対する安全対策の一つとしてFAIDUSと呼ばれる内部ダクトを有する燃料集合体の採用が検討されている。本研究では、サブチャンネル解析コード(ASFRE)を用いFAIDUS内の熱流動特性について調べた。FAIDUSの解析を実施する前に、模擬燃料集合体試験を対象として解析を行いASFREの妥当性を確認した。大型炉の内部ダクトのない典型的な燃料集合体と内部ダクトを有するFAIDUSを対象に高流量および低流量条件下での熱流動解析を実施し、FAIDUS内の温度分布について、内部ダクトのない燃料集合体と同様に顕著な非対称性が生じないことを示した。

論文

ナトリウム冷却高速炉の自然循環崩壊熱除去時における炉内熱流動評価手法の高度化,1; 径方向熱移行現象評価に関わるサブチャンネル解析コードASFERの妥当性確認解析

菊地 紀宏; 堂田 哲広; 橋本 昭彦*; 吉川 龍志; 田中 正暁; 大島 宏之

第23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, 2018/06

高速炉の安全性強化の観点から、循環ポンプ等の動的機器を必要としない自然循環冷却が期待されている。自然循環時の炉心流量は定格運転時の2から3%程度となり、隣接する燃料集合体間の径方向熱移行や浮力による炉心内流量再配分が、炉心全体及び燃料集合体内の温度分布に与える影響が相対的に強くなる。自然循環時の燃料集合体内温度分布評価では、この燃料集合間熱移行の考慮が重要となる。本研究では、燃料集合体内熱流動解析と連成させた炉心全体の熱流動解析評価手法整備の前段階として、低流量かつ径方向熱移行量が大きい条件での燃料集合体内熱流動に対するサブチャンネル解析コードASFREの妥当性確認を目的に、隣接集合体間の径方向熱移行が発生する条件で実施されたナトリウム試験を対象とした試験解析を実施した。計測結果との比較により、これまで集合体単体を対象に整備を進めてきたASFREの既存物理モデルである、圧力損失を評価するDistributed Resistance Model及び集合体内の乱流混合を評価するTodreas-Turi Modelの径方向熱移行現象評価への適用性及び解析結果の妥当性確認を行った。

論文

ナトリウム冷却高速炉の内部ダクトを有する燃料集合体内熱流動解析

菊地 紀宏; 今井 康友*; 吉川 龍志; 田中 正暁; 大島 宏之

日本機械学会関東支部茨城講演会2017講演論文集(CD-ROM), 4 Pages, 2017/08

ナトリウム冷却高速炉システムの安全性強化に係る概念構築の一環として、シビアアクシデント時に炉心が溶融する遷移過程において早期に溶融燃料を炉心部から排出し、炉心部での再臨界を排除するため、燃料集合体内に内部ダクトを有する燃料集合体(FAIDUS)の採用を検討している。この内部ダクトの存在により冷却材の偏流や温度分布の非対称性が生じることが懸念されることから、原子力機構で開発してきた高速炉燃料集合体内熱流動解析コードSPIRALを用い、FAIDUS内の熱流動特性を詳細に確認することとした。先進型ナトリウム冷却大型高速炉の定格条件(暫定条件)を境界条件とするFAIDUSの熱流動解析を実施した結果、従来の正六角管型集合体の熱流動特性と同様な傾向を示し、特異な温度分布を示さないことを確認した。

論文

Thermal-hydraulic analysis of fuel assembly with inner duct structure of an advanced loop-type sodium-cooled fast reactor using ASFRE code

菊地 紀宏; 今井 康友*; 吉川 龍志; 堂田 哲広; 田中 正暁; 大島 宏之

Proceedings of 25th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-25) (CD-ROM), 12 Pages, 2017/07

先進ループ型ナトリウム冷却高速炉の設計検討において、高速炉の安全性向上のための方策の一つとしてFAIDUSと呼ばれる内部ダクトを有する燃料集合体の採用が検討されている。FAIDUSの設計実現性を確認するため、種々の運転条件下における熱流動評価が必要であり、本研究では、模擬燃料集合体を用いた試験を対象とした数値解析を通じ燃料集合体へのASFREコードの適用性を確認した後、内部ダクトのない燃料集合体とFAIDUSの熱流動解析を実施した。得られた結果からFAIDUS内に非対称な温度分布が生じず、FAIDUSの温度分布特性は内部ダクトのない燃料集合体と同様であることがわかった。特に、低流量条件において、浮力による局所的な流れの促進が流量再配分をもたらし、その影響により平坦な温度分布が形成されるとの知見を得た。

論文

Development of sodium-water coupled thermal-hydraulics simulation code for sodium-heated straight tube steam generator of fast reactors

吉川 龍志; 田中 正暁; 大島 宏之; 今井 康友*

Proceedings of 11th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-11) (USB Flash Drive), 12 Pages, 2016/10

高速炉直管型蒸気発生器の熱流動設計や安全性評価への適用を目的として、ナトリウム側-水側連成解析コードTSGの開発を進めている。CFDコードによるポーラスモデルを用いて伝熱管群における3次元熱流動解析を行うナトリウム側解析モジュールを整備し、マルチチャンネルモデルで伝熱管内二相流解析を行う水側解析モジュールを開発した。各モデルの再現性及び連成解析機能についての総合機能確認の一環として、実機SGと同じナトリウム加熱による2重管SG小型モデル試験を対象に検証解析を行った。複数の静特性試験ケースを対象に、試験で計測されたナトリウム側温度分布及び水側出口蒸気温度についてナトリウム側-水側連成解析による解析結果と比較した結果の妥当性を確認した。

報告書

直管型蒸気発生器3次元熱流動解析コードTSG; 水側解析モジュールのユーザーズマニュアル

吉川 龍志; 大島 宏之; 田中 正暁; 今井 康友*

JAEA-Data/Code 2014-034, 84 Pages, 2015/03

JAEA-Data-Code-2014-034.pdf:2.35MB

高速炉直管型2重伝熱管蒸気発生器の熱流動解析コードTSG(Three-dimensional Thermal-hydraulics Analysis Code for Steam Generators)を開発している。TSGコードは、直管型SGナトリウム側3次元解析と水側マルチチャンネル解析を連成したSG熱流動解析システムである。ナトリウム側は汎用CFDコードFluentによるポーラスボディ解析モデルを採用して3次元流れ場を解析する。水側の自作モジュールはドリフトフラックスモデルを採用して全チャンネルの二相流動を解析する。伝熱管を介した熱交換を通信することでナトリウム側と水側をカップリングしSG熱流動性能を評価する。本報告書は、TSGの水側モジュールの使用説明書として、同モジュールで扱われる計算モデル,インプット,アウトプットについて取りまとめたものである。

論文

Irradiation history of Itokawa regolith material deduced from noble gases in the Hayabusa samples

長尾 敬介*; 岡崎 隆司*; 中村 智樹*; 三浦 弥生*; 大澤 崇人; 馬上 謙一*; 松田 伸太郎*; 海老原 充*; Ireland, T.*; 北島 富美雄*; et al.

Science, 333(6046), p.1128 - 1131, 2011/08

 被引用回数:80 パーセンタイル:4.12(Multidisciplinary Sciences)

はやぶさが回収した小惑星イトカワの岩石粒子中の希ガス同位体組成を測定した結果、月試料に匹敵する高い濃度の太陽風起源He, Ne, Arを確認した。これらの希ガス組成は繰り返されたインプランテーションと、イトカワ上のレゴリス粒子同士の摩擦によってHeに富んだリムの除去による選択的Heの損失によって説明可能である。イトカワ上のレゴリスの照射時間はわずか1000万年未満であり、小さな小惑星上の物質が容易に宇宙空間に散逸してしまうことを反映している。

報告書

Horonobe Underground Research Laboratory Project; Synthesis of phase I investigation 2001 - 2005, Volume "Geological disposal research"

藤田 朝雄; 谷口 直樹; 松井 裕哉; 棚井 憲治; 前川 恵輔; 澤田 淳; 牧野 仁史; 笹本 広; 吉川 英樹; 柴田 雅博; et al.

JAEA-Research 2011-001, 193 Pages, 2011/03

JAEA-Research-2011-001.pdf:5.23MB

本報告書では、堆積岩で塩水系地下水を対象とした幌延深地層研究計画において段階的に得られる地質環境条件を一つの適用例として、第1段階である地上からの調査で得られた情報をもとに処分場の設計技術や性能評価技術それぞれの適用性について論じるとともに、必要に応じて実施した技術の改良や代替技術の開発状況を取りまとめた。

報告書

SG水側熱流動評価コードの開発及び不安定流動解析

吉川 龍志; 大島 宏之

JAEA-Research 2010-007, 44 Pages, 2010/06

JAEA-Research-2010-007.pdf:1.33MB

次世代高速増殖炉実用化研究開発において検討されている直管型蒸気発生器の成立性評価のため、信頼性があり現実的な評価が可能な解析手法の確立が必要である。本研究では、蒸気発生器水側伝熱管内熱流動を対象とした解析コードを開発した。数値解析手法については、ドリフトフラックスモデルに対して半陰解法を採用し、空間差分はスタガード格子を用いた。入口プレナムに流入する水の総流量,温度、及び出口プレナム圧力を境界条件として与えて、解析を実施した。水/蒸気の物性導関数を直接的に水/蒸気関数から求めて、その精度及び連続性を確保した。開発した解析コードの精度を検証するために、二つパラレルチャンネルにおける不安定流動試験解析を実施した。パラレルチャンネルにおける流量振動及び流動安定境界の予測機能を確認した。感度解析も行い、各パラメータの振動周期及び安定境界への影響度を定量的に分析した。今後の実験から得られる最適なドリフト速度相関式及び二相流摩擦損失増倍係数相関式を加えることにより、さらに高精度の予測性能を得ることが期待できる。

報告書

SG水側流動不安定解析手法の検討

吉川 龍志; 浜田 広次; 大島 宏之; 柳沢 秀樹*

JAEA-Research 2008-058, 29 Pages, 2008/06

JAEA-Research-2008-058.pdf:1.31MB

日本原子力研究開発機構では、高速増殖炉実用化に向けて、直管型2重伝熱管を用いた大型ナトリウム炉の蒸気発生器に対する研究開発を行っている。その一環として、蒸気発生器水側の流動安定性を実験的及び解析的に評価している。この報告書では、蒸気発生器水側の流動安定性を対象とした数値解析手法を検討した。数値解析では、均質流モデルを用いて単一伝熱管流動不安定性解析コードを作成した。密度波不安定流動に対する出入口圧力,熱流束を境界条件として与えて、入口流量を計算するアルゴリズムを確立した結果、均質流モデルで単一伝熱管流動不安定性を解析できることを確認した。精度向上のため、基礎式にサブクール沸騰及び二相流スリップ効果を取り込むことができるドリフトフラックスモデルを検討し、ドリフトフラックスモデルによる単一伝熱管流動不安定性解析コードを作成した。そして密度波不安定流動に対する境界条件及び解析アルゴリズムを利用して、ドリフトフラックスモデルでの不安定性解析機能を確認した。

報告書

Na-水反応における界面積濃度モデルの構築

吉川 龍志; 大島 宏之; 浜田 広次; 栗原 成計; 内堀 昭寛

JAEA-Research 2008-055, 24 Pages, 2008/06

JAEA-Research-2008-055.pdf:3.19MB

ナトリウム-水反応の影響を解析的に評価するために、現在日本原子力研究開発機構では、開発した多成分・多相流解析コードSERAPHIMを用いてナトリウム-水反応現象の伝熱流動研究を行っている。ナトリウム-水反応現象の詳細を把握するためには、ナトリウムと水蒸気の混合過程や発生した気体のボイド率分布等、ガスジェットの挙動に関する知見を得る必要がある。特にナトリウム-水反応を正確に解析するために、水蒸気中にナトリウム液滴の界面積濃度モデルを確立する必要がある。この報告書では、ナトリウムと水蒸気の混合過程を対象としたガスジェットの挙動に関する理論的分析及び解析モデルを検討した。理論的分析では、既存のジェット流に対する臨界流量,減圧膨張過程及びエントレインメントの評価方法を検討した。17MPa、サブクール水条件下の圧縮性の影響の検討から、臨界流量公式の適用性を確認した。蒸気ジェットにエントレインされた液滴の微粒化に関する既存の理論及び実験成果に基づいて、多相流解析に適用するナトリウム液滴の界面積濃度輸送方程式を構築した。

論文

高速炉蒸気発生器水側熱流動解析手法の開発

吉川 龍志; 浜田 広次; 大島 宏之; 柳沢 秀樹*

第13回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集, p.495 - 496, 2008/06

高速増殖炉の蒸気発生器における詳細な熱流動現象を評価することを目的として、数値解析コードを整備している。その一環として、サブクール沸騰及び二相流スリップ効果を取り込んだドリフトフラックスモデルを用いて、蒸気発生器水側の不安定挙動解析に適用可能な手法を開発した。また、密度波不安定流動に適用する解析アルゴリズムを検討した結果、複雑な行列計算の必要がない、大きい時間ステップが可能である数値方法を考案した。サブクール沸騰モデルについては、定常流動のボイド率分布の計算によりその機能を検証した。さらに、出入口圧力,熱流束を境界条件として与えて、入口流量を計算する流動不安定性解析により、非定常流動の解析機能を確認した。

報告書

幌延深地層研究計画における地上からの調査研究段階(第1段階)研究成果報告書; 分冊「地層処分研究開発」

藤田 朝雄; 谷口 直樹; 松井 裕哉; 棚井 憲治; 西村 繭果; 小林 保之; 平本 正行; 前川 恵輔; 澤田 淳; 牧野 仁史; et al.

JAEA-Research 2007-045, 140 Pages, 2007/03

JAEA-Research-2007-045-1.pdf:38.33MB
JAEA-Research-2007-045-2.pdf:44.62MB

本報告書では、堆積岩で塩水系地下水を対象とした幌延深地層研究計画において段階的に得られる地質環境条件を一つの適用例として、第1段階である地上からの調査で得られた情報をもとに処分場の設計技術や性能評価技術それぞれの適用性について論じるとともに、必要に応じて実施した技術の改良や代替技術の開発状況を取りまとめた。処分技術の信頼性向上では、最新の知見を踏まえ第2次取りまとめにおいて示された処分場全体設計フローの更新や人工バリアなどの設計手法の詳細化、並びに設計における地質環境条件の一般的な留意点や設計入力データ項目について整理を行った。また、これらを踏まえ、幌延の地質環境条件を一例とした場合の施設設計,人工バリア設計及び閉鎖設計を通じて第2次取りまとめで採用された設計手法が適用可能であることがわかった。安全評価手法の高度化については、第2次取りまとめにおいて示された安全評価手法を実際の地質環境に適用するために必要な具体的な作業をフローとして構築した。これに基づき、幌延の地質環境条件を一例として物質移行解析を行い、これらの検討を通じて第2次取りまとめの手法を堆積岩地域に適用した場合の調査から解析・評価に至る一連の方法論及び、その過程で得られるノウハウや知見,調査や解析上の留意点を整理した。

報告書

地質環境の調査から物質移行解析にいたる一連の調査・解析技術; 2つの深地層の研究施設計画の地上からの調査研究段階(第1段階)における地質環境情報に基づく検討

牧野 仁史; 澤田 淳; 前川 恵輔; 柴田 雅博; 笹本 広; 吉川 英樹; 若杉 圭一郎; 小尾 繁*; 濱 克宏; 操上 広志; et al.

JNC-TN1400 2005-021, 148 Pages, 2005/09

JNC-TN1400-2005-021.pdf:22.58MB

実際の地質環境を対象とした物質移行解析に係わる技術基盤の検討として,2つの深地 層の研究施設計画から得られた地質環境情報を活用して一連の作業の枠組みを検討した。この検討を通じて、枠組みとなる作業のフローを作成しその有効性を確認した。さら に、そのフローに従った作業を実際の地質環境の情報を用いて行うことにより、作業 内容の具体化とともに、個々の作業および作業全体の向上に必要となる課題を明らか にすることができた。

口頭

高速炉蒸気発生器不安定流動解析手法の開発

吉川 龍志; 大島 宏之

no journal, , 

高速増殖炉の直管型蒸気発生器における熱流動現象を評価することを目的として、数値解析コードを整備している。その一環として、ドリフトフラックスモデルを用いた半陰解法による水側不安定流動解析モジュールを開発した。パラレルチャンネルにおける不安定流動を対象として検証解析を行い、流量振動及び流動安定境界の予測機能を確認した。また、感度解析により各パラメータの影響度を定量的に分析した。

口頭

高速炉蒸気発生器不安定流動解析コードの検証

吉川 龍志; 大島 宏之

no journal, , 

高速炉実用化研究において、直管型2重伝熱管蒸気発生器の設計検討が進められている。本研究では、蒸気発生器の伝熱管内水側二相流の不安定流動挙動評価のため、ドリフトフラックスモデルを使用し、半陰解法を採用する1次元フローネットワーク解析コードを開発した。開発した解析コードの妥当性を確認するため、2本管パラレルチャンネルにおける不安定流動試験解析を実施し、流量振動及び流動安定境界など、流動不安定性評価への適用性を確認した。また、感度解析により、振動周期及び安定境界への各種パラメータの影響度を定量的に分析した。

口頭

高速炉蒸気発生器流動安定性評価手法の開発

吉川 龍志; 大島 宏之

no journal, , 

高速増殖炉実用化研究開発において直管型蒸気発生器流動安定性評価に適用できる解析コードを開発している。開発済みの水側二相流動解析コードにナトリウム及び伝熱管の温度解析機能を追加して、ナトリウム流動と水側流動をカップリングした一本管モデルの解析コードを開発した。70MW直管型蒸気発生器流動安定性試験の解析により、流動不安定現象を解析できることを確認した。

口頭

高速炉蒸気発生器水側マルチチャンネル解析コードの開発

吉川 龍志; 今井 康友*

no journal, , 

高速炉直管型蒸気発生器の熱工学的成立性評価においては、伝熱管内二相流の挙動、特にパラレルチャンネルの流動安定性を予測できる熱設計手法の確立が必要である。本研究では、ドリフトフラックスモデルを採用する蒸気発生器水側マルチチャンネル解析コードを開発した。2本管パラレルチャンネルにおける不安定流動試験による検証解析を実施した。401チャンネルモデルを用いた不安定流動解析を実施し、開発したコードのマルチチャンネル解析機能を確認した。マルチチャンネル解析コードの高速化を目的として、MPIによる並列化を実施した。

口頭

高速炉蒸気発生器ナトリウム側-水側連成解析モデルの開発

吉川 龍志; 今井 康友*

no journal, , 

高速炉直管型蒸気発生器の熱工学的成立性評価においては、ナトリウム側の流動多次元性、ナトリウム側と水側の相互作用効果を考慮した評価が重要となるため、ナトリウム側多次元解析と水側マルチチャンネル解析を組合せた連成解析システムの構築を目指している。本研究では、汎用CFDコードFluent及びポーラスボディ解析モデルを採用したナトリウム側多次元解析モデルを整備し、水側マルチチャンネル解析コードとの連成解析モデルを構築した。直管型蒸気発生器体系で連成解析を実施した結果、妥当な結果が得られることを確認した。

口頭

Na側-水側連成解析による直管型蒸気発生器3次元評価手法の整備

吉川 龍志; 今井 康友*

no journal, , 

高速炉直管型蒸気発生器ナトリウム側多次元解析と水側二相流解析を組合せた連成解析システムの構築を進めている。本研究では、Fluentによるポーラスボディ解析モデルを採用したナトリウム側多次元解析モデルを整備し、水側マルチチャンネル解析コードとの連成解析モデルを構築した。ナトリウム側圧力損失相関式の計算、水側との連成処理は、Fluentユーザ定義関数(UDF)機能で開発した。750MWe級実機設計例における直管型蒸気発生器体系で連成解析を実施した結果、妥当な結果が得られることを確認した。

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