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伊藤 啓; 江連 俊樹; 大野 修司; 上出 英樹
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自由液面渦は、ナトリウム冷却高速炉においてガス巻込み発生の原因となり得る重要現象の1つである。著者らの過去研究において、自由液面渦はBurgers渦モデルによって近似して取り扱っていたが、その場合、半径方向の下降流速分布を考慮することができない。本研究では、適切な下降流速分布を有する新しい渦モデルを提案する。本モデルは、軸対称Navier-Stokes方程式から導かれ、下降流速は渦中心でゼロとなり、無限遠においてゼロに収束する挙動を示す。検証として基礎試験における自由液面渦を対象とした評価を行った結果、実験データとよく一致する自由液面形状が得られた。
近藤 浩夫; 金村 卓治; 古川 智弘; 平川 康; 若井 栄一
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幅広いアプローチ活動の一つである国際核融合材料照射施設(IFMIF)の工学実証・工学設計活動(EVEDA)の枠組みの中で、EVEDAリチウム試験ループ(ELTL)の試験が進められている。ELTLでは、IFMIFリチウムターゲットの流動条件を模擬し、実験的にリチウムターゲットの安定性が評価される計画である。本研究では、リチウムターゲットが真空中を流れる場合に発生する騒音をアコースティックエミッション(AE)センサーにより計測し、その発生条件及び発生箇所の検討を行った。試験は、圧力を一定に固定(10kPa及び19kPaの2条件)したうえで、流速を5m/sから1m/sごと増加させ、その際の騒音をAEセンサーで計測した。その際のリチウム温度は300
Cに設定した。その結果、2圧力条件下において、騒音の強度について、流速依存性はキャビテーション係数で整理されることがわかった。一方で、発生した騒音は、通常のキャビテーションで見られるような初生段階の間欠性は見られず、発生当初から連続的な音であった。この非間欠性はセンサーの取付条件によって生じた可能性があるため、今後、騒音伝達棒(ウェーブガイド)を設置することにより詳細に計測を行う計画である。
金村 卓治; 近藤 浩夫; 古川 智弘; 平川 康; 若井 栄一
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国際核融合材料照射施設(IFMIF)では、定格流速15m/sの液体リチウム(Li)噴流を40MeV-250mAの重陽子ビームと核反応させて14MeV相当の中性子を発生させるためのターゲットとして採用する計画である。ターゲット厚みは10
Paの真空下で25
1mm以内に維持するよう要求される。現在、工学実証・工学設計活動(EVEDA)事業にて建設したEVEDAリチウム試験ループにて、Liターゲットが上記要求値を満たすか確認するために流動安定度を計測している。本発表ではカバーガス圧0.12MPa(Ar)のもと流速10, 15, 20m/sにてLiターゲットを計測した結果を報告する。計測の結果、本試験で着目する重陽子ビーム照射中心部にて、ターゲットは流速10, 15, 20m/sにおいて計測時間60秒間の平均値で25.8, 26.0, 26.1mmの厚みであった。一方時間変動に関しては、同着目部において計測時間内での平均及び最大振幅はすべての流速でそれぞれ0.3及び1.5mmであった。したがって、正圧条件のもとでターゲットは設計要求値を厚み及び変動値ともに若干逸脱することがわかった。今後はIFMIF条件となる真空下で計測を行うとともに、逸脱量がターゲット設計上問題となるか評価する予定である。
永武 拓; 高瀬 和之; 古谷 正裕*; 吉田 啓之; 永瀬 文久
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福島第一原子力発電所では、全電源喪失により燃料棒の冷却ができなくなり炉心溶融に至った。溶融した燃料は圧力容器下部にデブリとして堆積していると考えられており、したがって、廃止措置を行うにあたり、溶融燃料取り出しや再臨界評価のためのデブリ分布等の情報が必要である。本研究では、福島第一原子力発電所廃止措置に資するため、燃料溶融及び溶融燃料の落下挙動に着目し、炉心構成要素である燃料棒・チャンネルボックス・制御棒の溶融過程を詳細に把握できる手法を、原子力機構が開発した粒子法による三次元流体解析コードPOPCORNをもとに開発している。POPCORNに対し、熱伝導解析機能、固液相変化解析機能及び輻射解析機能等を追加し、同時に行う実験により検証を行うことで、変形・溶融現象の解析を可能とする。本報では、熱伝導解析機能及び相変化解析機能を追加し、実験体系を簡略模擬した体系にて予備解析を実施した結果を示す。
古谷 正裕*; 永武 拓; 高瀬 和之; 吉田 啓之; 永瀬 文久
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原子炉の過酷事故時に燃料が溶融移動する過程は、燃料の分散挙動を把握するうえで重要である。溶融移動は、潜熱が与えられて出現した液相が重力などの体積力や外部の流体移動による剪断力を受け、一方で粘性力や表面張力により拘束される。対流熱伝達も顕著になり、流動と伝熱に影響を及ぼす動粘性係数が、融点近傍では温度に対して大きく変化するため、流動と伝熱が重畳する複雑現象となる。このような複雑に変化する界面を計算格子で捉える方法としてはVOF法やLevel Set法など数多くの手法が存在する。一方、Moving Particle Semi-implicit (MPS)法では粒子の集合として計算格子によらず界面を表現できる。著者らはMPS法のさらなる改良に向けた研究を実施している。本研究では開発する解析手法の妥当性を確認するために必要な実験データベースとして、円柱状の金属を一定温度に保持した空気雰囲気中に設置し、その溶融移動過程を三方向から観察した結果について示す。
大手 直介*; 小泉 安郎*; 上出 英樹; 大野 修司; 伊藤 啓
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ナトリウム冷却高速炉の安全上の課題の1つであるガス巻込み現象に関する研究の一環として、ガス巻込み流量を計測する実験を実施した。実験においては、液面上に形成されるくぼみ渦によってガスが巻込まれる様子を高速度ビデオによって撮影し、ガス巻込み流量と液相流量の関係を計測した。また、ケロシンやシリコンオイルを用いた実験を行い、物性を変化させた影響について評価した。