Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
笠原 直人
no journal, ,
実用化戦略調査研究で設計研究を進めている、実用高速炉の機器構造の熱応力解析の例を紹介する。(1)実用化戦略調査研究における構造設計上の課題高速炉の構造設計上として、冷却材温度変動に伴う厳しい熱過渡応力が挙げられる。特に経済性が重視される実用高速炉では、機器の小型簡素化によって熱応力が増加しており、従来より精緻な構造解析が要求される。以下に代表的な例を示す。(2)原子炉構造解析例原子炉構造の液面近傍は本質的に熱応力が高くなる部位であり、自重や圧力荷重との重畳によってラチェット変形が生じる。このため、変形を精度よく予測するため、繰り返し熱応力下の弾塑性クリープ解析を実施する。構成式等は、設計上の不確定因子を保守側に包絡するよう設定する。影響因子が多く検証が難しい。(3)冷却系機器解析例蒸気発生器には耐圧上有利な球形管板が採用される。複雑な3次元形状であるため、フルモデルによる解析は不可能である。高速ソルバーと等価中実モデルとを併用して解析を行った。3次元解析結果は、強度評価に必要な解釈にも工夫が必要である。(4)配管解析例配管内を流れる流体の温度ゆらぎによる管壁の高サイクル熱疲労を解析した。疲労には長時間シミュレーションが必要な低周波が重要であることから、熱流動解析の負荷が重くなる。また、結果は熱伝達係数に敏感であり、設計では傾向把握が重要である。(5)大規模構造解析の課題計算時間,費用,メモリ量等の一般的課題以外に、大規模構造解析を設計に適用するには、以下のような課題がある。解析結果の検証:大規模モデルではさまざまな誤差要因がある。モックアップ試験データによる検証範囲は限られたものになる。解析結果の解釈:3次元形状では応力分類が困難になるなど、モデルが詳細化すると、強度評価に必要な結果の解釈が難しくなる。計算精度の確保:詳細モデルの精度が、構成式や熱伝達係数等の工学モデルにより制限される。
村松 壽晴
no journal, ,
ナトリウム冷却高速増殖炉の多目的最適化設計作業に資するため、知識処理融合型発見的還流設計システムの開発を進めている。このシステムの妥当性と適用性を確認するため、二重ディッププレート部ラビリンスギャップ6種類を設計変数とし、2水準系直交表に基づいた数値解析と4応答変数に対する応答曲面近似を行い、カバーガス巻き込み抑制と軸方向温度勾配解消に対するトレードオフ問題の多目的最適設計解を評価した。さらに、この多目的最適設計解条件での数値シミュレーションを行い、その結果の妥当性から、多目的最適化設計手法の実用化に向けての技術的見通しを得た。
井戸村 泰宏
no journal, ,
核融合プラズマの性能はプラズマ中に発生する乱流がもたらす粒子や熱の拡散により決まっており、その抑制・制御は核融合エネルギーの研究開発における重要な研究課題の一つである。核融合プラズマ乱流の問題は電子スケール乱流(約0.1mm,10ns),イオンスケール乱流(約5mm,500ns)に大別でき、それと乱流輸送に伴う分布形成(約10cm,10ms)という異なるスケール間の相互作用によって現象の全体像が与えられる。これまでの研究開発により、これらのスケールを分離してそれぞれ独立に取り扱う単一スケールDNSが実現し、電子スケール乱流,イオンスケール乱流、それぞれの定性的描像が見えてきた。また、近年の急速なスーパーコンピュータの発展に伴い、より定量的な乱流輸送の評価を目指したマルチスケールDNSも視野に入りつつある。講演では、これまでの単一スケールDNSで得られた成果を紹介するとともに、今後のマルチスケールDNSへ向けた核融合プラズマ乱流シミュレーション開発の取り組みを紹介する。
大島 宏之; 高田 孝*
no journal, ,
ナトリウム冷却高速炉の蒸気発生器内伝熱管破損時に発生するナトリウム-水反応現象について、JAEAでは詳細かつ定量的に現象を評価することを目的として、ナトリウム-水反応を機構論的にモデル化した多成分・多相流数値解析コードSERAPHIMを開発している。本報では、ナトリウム-水反応のモデル化や数値解法の説明、及び圧縮性混相流解析への適応性評価について報告する。
宮下 敦巳; 大沼 敏治*; 酒井 高行*; 岩沢 美佐子*; 吉川 正人; 叶野 琢磨; 曽根田 直樹*
no journal, ,
SiC半導体デバイスは、耐放射線に優れ、高電圧・高温での動作が可能なことから、従来のSiやGaAs半導体デバイスでは動作が困難な、原子炉や宇宙環境等,極限環境下で用いられる素子として期待されている。しかしSiCデバイスの特性を左右する酸化膜界面には、Siデバイスでの酸化膜界面に比べて界面欠陥が多く存在しているため、SiCデバイス特性は理論的に予測される値よりも遥かに低い値しか実現できていない。また、物理的測定手法から推定される界面欠陥の原子構造から電気特性を推定することは困難である。そこで、第一原理分子動力学法を用いて計算機上に界面欠陥構造を生成し、エネルギー準位や荷電状態等の特性を算出することで、界面欠陥の物理構造とその電気特性との関連性を明らかにし、加えてSiC結晶表面の酸化膜成長メカニズムを明確にする。これによりSiCデバイスの電気特性を最大限に引き出せる物理的界面形成法の開発指針を得る。結晶SiO
/SiC中規模モデルに対して、SiO側終端固定の条件において、加熱温度4000K,加熱時間3ps及び急冷速度-1000K/psの条件のもとで、界面ダングリングボンドのない急峻なアモルファスSiO/SiC界面構造を生成し、エネルギー準位や電荷分布等が導出できた。また、中規模モデルを用いて界面酸化反応の模擬計算を行い、酸素分子が連続して界面に達した場合に起こるSiO/SiC界面の酸化過程の第一原理分子動力学計算を世界で初めて成功させた。
清水 大志; 尾方 成信*; 君塚 肇*; 叶野 琢磨; 蕪木 英雄
no journal, ,
金属の塑性及び水素脆化等の環境に依存する応力腐食割れ等の原因を探るためには、金属結晶中に存在する欠陥の一つである転位の構造,移動するのに必要な力(パイエルス応力)を決定することが要求される。弾性体理論等のマクロな理論では、転位周囲のひずみ場等はよく記述できるが、水素等他の不純物と転位の相互作用で決定的な役割を果たす転位芯の部分は記述することができない。一方、分子動力学法により転位芯の性質を記述することが可能であるが、経験ポテンシャルの妥当性が十分でなく、そこで決定されるエネルギーの精度も低い。そのため原子間の力を現象論的なパラメータを入れずに計算できる第一原理手法による転位構造の決定が最も望まれている。しかし、第一原理計算においては、取り扱える粒子数が少なく、またk空間の点を十分とった計算が困難なため、決定的な結果が出ていないというのが現状である。われわれは、BCC金属であるモリブデン(Mo)中のらせん転位の芯の構造及びパイエルス応力を過去最大の粒子数及びk空間の点の数を用いた第一原理計算により決定した。転位芯については、計算手法により3回と6回対称と2つの構造が提案されていたが、精度の高い計算で6回対称構造であると結論づけることができた。また、パイエルス応力の値でも計算手法により2GPaから4GPaの間で混乱があったが、今回の高精度計算で1.8GPaと今までの計算で最も低い値であると決定できた。過去最大の第一原理計算では、粒子数100個,k空間の点数1
18であったが、今回は粒子数231個,k空間の点数1120(一部2240)を使用した計算により、収束性を十分に確かめて矛盾なく値を決定することができた。