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内海 隆行*; 藤井 貞夫*
Therm. Sci. Eng., 7(1), p.21 - 30, 1999/00
X線レーザー発振方式の一つである電子衝突励起型X線レーザーでは、常温の固体ターゲットをレーザー照射して高温・高密度プラズマを生成する過程を含んでいる。このレーザー照射生成プラズマの熱力学特性は、X線レーザーの利得と重要な関係があり、シミュレーション等により正確に推定することが要求されている。超高出力超短レーザー光による物質の溶融・蒸発シミュレーションを行うために多相・多成分の流体が存在する系に適用可能なコードを開発してきた。本論文では、C-CUP法を一般化した本コードの数値解析法の定式化について述べるとともに、このコードによる多相流解析の基本検証問題、及び固体ターゲットへのレーザー照射の解析結果について記述する。
菱田 誠; 森 康夫*
Therm. Sci. Eng., 4(1), p.81 - 90, 1996/00
本論文では将来のエネルギー源として、ヘリウムガスタービンによる発電とタービン排熱を民生利用(海水淡水化等)する高温ガス炉を提案する。また、燃料としてはプルトニウムを利用することを提案する。理由は以下のとおり。(1)原子力システムは炭酸ガスを排出しない。(2)高温ガス炉は安全性が高く、かつ熱効率を高くすることが可能である。(3)プルトニウムの燃焼に適した炉型である。(4)ガスタービンからの排熱を民生利用することにより、高い総合熱効率が得られる。(5)立地地域への民生熱利用を行うことにより、ソフト・エネルギーパスとして活用できる。
坂元 美定*; 功刀 資彰; 一宮 浩市*
Therm. Sci. Eng., 4(3), p.17 - 25, 1996/00
正方形容器内の空気流れを解析対象として、ブシネ近似を用いずに基礎式の全ての項で密度変化を考慮し、かつ物性値の温度依存性も考慮した式(以下NB式と表す)を用いて自然対流の2次元数値解析を行った。その結果、以下の結論を得た。(1)密度のみならず動粘度と熱伝導率に温度依存性を考慮した場合、冷却壁近傍の運動量が増加し、熱流動場が非対称な分布を示す。(2)密度の局所的な変化を考慮することによる熱伝達への影響は少ない。これに対して動粘度、熱伝導率の温度依存性はNuを加熱壁で減少、冷却壁で増加させ、熱伝達に大きな影響を及ぼす。(3)ブシネ近似を用いても、物性値の温度依存性を考慮すると、NB式に近い結果が得られる。(4)NB式から求まるNuと、物性値の温度依存性を考慮せずにブシネ近似を用いた場合のNuを比較し、その差を定量的に明らかにした。
内海 隆行*; 功刀 資彰
Therm. Sci. Eng., 4(3), p.1 - 7, 1996/00
近年のレーザーを応用した材料加工の制御あるいはレーザー冷却などの光技術の進歩により、光と物質の相互作用に関する極短時間(fs,ns,ps)における非定常現象の解析・解明が重要となってきている。最近、日本原子力研究所はX線レーザーを含む極短パルス超高出力レーザーの開発を開始し、レーザービームを導光するミラー等の光学素子開発や将来に光量子源を材料表面改質や物質創製へ応用する際の光量子-物質相互作用の解析・解明の研究を進めている。この光と物質の相互作用の主要な課題として、レーザーによるインパルス加熱時のアブレーション現象がある。この場合、レーザー加熱による固体から液体、さらに気体への相変化を含む広範囲な温度・密度・圧力での熱流体現象を理解する必要があるが、このような広範囲に渡る時空間スケール及び数桁以上の密度・圧力変化を伴う熱流動現象を解明するためには、各時空間スケールに応じた複数の方程式系を新概念の計算科学的手法を用いて解析可能とする必要がある。このような研究背景のもと、本研究では特にインパルス加熱時の熱伝搬現象の解明を目的とした数値解析を試みている。
江里 幸一郎*; 功刀 資彰; 清水 昭比古*
Therm. Sci. Eng., 3(4), p.27 - 33, 1995/00
裏面から冷却され、電気的に浮遊した伝熱試験板へのアルゴンプラズマ円形衝突噴流の伝熱流動の数値解析を行った。伝熱試験板は核融合炉のプラズマ対向材料の候補材であるシリコンカーバイドと仮定し、その裏面の冷却条件は固気混相衝突噴流の熱伝達係数を与えた。プラズマ噴流はその熱非平衡状態を考慮するため、2温度モデルを用いた電磁流体として取り扱った。本研究の条件下では、噴流コア外縁域と淀み点付近では電子温度が原子とイオンからなる重粒子の温度より高くなる熱非平衡状態になっており、その領域では電子と重粒子のエネルギー交換が発生している。そこでは電子の放射損失やイオン-電子間の再結合時における電離エネルギーの放出等の現象が活発に発生していること、また、噴流コアが伝熱試験板に接している領域において、8MW/m
程度の熱流束が試験板へ流入していることが分かった。
河村 洋*; 中村 誓一*; 佐竹 信一*; 功刀 資彰
Therm. Sci. Eng., 2(2), p.16 - 25, 1994/00
二重円管内乱流の流れ場と温度場について、LESによる解析を行い、内管上のヌセルト数を求め、これについて内外径比の影響を考察して整理式を得た。内管が細い場合、内管近傍の無次元化した温度ピークは減少するが、これは一種の層流化傾向として理解できることを示した。内管加熱を行った場合、内管近傍で速度場と同様の温度ストリークが確認された。内管近傍では温度場と速度場は非常に良い対応を示しているが、内管から離れるにつれて温度場は一様になることが示された。内管近傍の乱流構造には、平行平板と同様なストリーク構造及び細長い縦渦構造が見られた。さらに、細い内管上で高速のストリークが衝突し、極めて大きい低圧域を生ずることを見出した。
功刀 資彰; 坂元 美定*; 一宮 浩市*
Therm. Sci. Eng., 2(3), p.9 - 17, 1994/00
著者らは、前報で等温水平正方形管内の空気流に対し、Gr/Reの比較的大きな加熱(流体-壁間の温度差が大きい)パラメータ域における大規模な3次元楕円形解析を行い、加熱開始点近傍の流路上壁に逆流域(はく離泡)の発生を見出し、これによる流路閉塞効果及び上流側に取付けた断熱助走路の加熱端より上流側への逆流域の遡上(はく離泡の拡大)を報告した。本報告では以上の解析結果を基に、2次流れ及びはく離泡の伝熱促進効果と流路閉塞(圧損増大)効果に着目して、等温水平正方形管の層流複合対流熱伝達特性を総合的に検討した。その結果、Gr/Re=20以上の範囲において流路上壁に生ずる浮力駆動型逆流域(はく離泡)の発生機構を解明した。また、2次流れの3次元構造と熱伝達の相互関係について検討し、自然対流による伝熱性能の向上、逆流発生に起因する伝熱性能の鈍化、最適条件の存在が明らかとなった。
渡辺 正; 蕪木 英雄; 町田 昌彦*; 横川 三津夫
Therm. Sci. Eng., 2(4), p.17 - 24, 1994/00
熱伝導から対流熱伝達への遷移が生じるRayleigh-Benard不安定性を、直接シミュレーションモンテカルロ法により調べた。基礎方程式と計算手法を詳しく記述し、分子運動のレベルの計算により得られる臨界レイリー数が、巨視的な流体方程式の線形不安定性理論から導かれる値と一致することを示した。さらに、臨界レイリー数近傍の条件における遷移過程で流れ場が熱伝導状態を示していても、温度変動の空間的な相関は既に対流状態への移行を示していること、変動の影響の及ぶ範囲を示す特性距離は、安定な熱伝導あるいは対流状態では小さく、遷移過程でのみ大きくなることが示された。