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報告書

Flow separation at inlet causing transition and intermittency in circular pipe flow

小川 益郎*

JAEA-Technology 2019-010, 22 Pages, 2019/07

JAEA-Technology-2019-010.pdf:1.5MB

円管内流れは、流れが実際に遷移し、遷移流が間欠性を示すにもかかわらず、あらゆる小さな外乱に対して線形的に安定である。このことは、流体力学ではまだ解決されていない大きな課題の一つである。そこで、著者は、これまで誰も気がつかず認識してこなかった事実を初めて指摘する。この事実というのは、「円管内の流れは、流れの剥離によって、円管入り口付近に形成される剥離泡から放出された渦のために層流から遷移し、そして渦放出が間欠的であるために遷移流が間欠性を示す。」というものである。この事実は、円管の入口形状が遷移レイノルズ数に大きく影響することや、第3の遷移現象に分類されている外側円筒が支配的に回転する同心二重円筒間の流れが円管内の遷移流れと同様に流れの剥離によって間欠性を示すといった、多くの実験結果によって裏付けられている。本研究によって、高温ガス冷却炉の熱流体設計において最も重要な課題の一つである熱伝達促進のために、急縮小型の入口形状が遷移開始レイノルズ数をできる限り小さくできることを明らかにした。

論文

Stability of a silica membrane prepared by CVD using $$gamma$$- and $$alpha$$-alumina tube as the support tube in the Hi-H$$_{2}$$O gaseous mixture

Hwang, G.*; Kim, J.*; Choi, H.*; 小貫 薫

Journal of Membrane Science, 215(1-2), p.293 - 302, 2003/04

https://doi.org/10.1016/S0376-7388(03)00022-X
 被引用回数：16 パーセンタイル：56.26(Engineering, Chemical)

熱化学水素製造法ISプロセスへの応用を目的として、CVD法によって作製したシリカ系水素分離膜のHi-H$$_{2}$$O気相環境における安定性を調べた。平均細孔径10nmの$$gamma$$-アルミナ多孔体、また、平均細孔径100nmの$$alpha$$-アルミナ多孔体を基膜として、TEOSを前駆体とするCVDによって、シリカ膜を作製し、450$$^{circ}$$C,1気圧の条件下で、Hi-H$$_{2}$$O混合ガス雰囲気に約350時間暴露した。CVD条件を変えて数種の膜を作製したが、多くの膜は、暴露時間の経過とともに水素透過速度の増大と水素選択性の低下を示した。しかし、$$alpha$$アルミナを基体とする膜は、$$gamma$$アルミナを基体とする膜に比べて透過特性の変化が少なく、比較的高い安定性を示した。

報告書

黒鉛減速炉における中性子照射黒鉛の炭素14(共同研究)

藤井 貴美夫; 松尾 秀人*

JAERI-Review 2002-034, 44 Pages, 2002/12

JAERI-Review-2002-034.pdf:3.34MB

日本原子力発電(株)東海発電所などの黒鉛減速ガス冷却炉では多量の黒鉛材料が減速材や反射材として使用されている。この種の原子炉の廃止措置にあたっては運転期間中に炉心黒鉛材料中に生成した半減期の極めて長い炭素14の濃度を把握し、必要であれば、その濃度を低減する技術を開発することが、処理処分の観点から重要な課題の一つとされている。東海発電所は平成10年3月に営業運転を終了し、廃止措置のための種々の検討が行われている。照射黒鉛の取り扱い技術の開発は重要な検討課題の一つであり、中でも炉心黒鉛を処分するためには炭素14の濃度が問題となることが指摘されている。この問題を解決するための研究の一環として炭素14に関連する文献調査を行った。本報告書は炭素14の挙動や分離技術を主として調査した公開文献の概要を整理したものである。また、本文中で述べていない関連文献は、付録として調査文献リストを掲載した。

論文

A Steady-state simulation model of gas separation system by hollow-filament type membrane module

岩井 保則; 山西 敏彦; 西 正孝

Journal of Nuclear Science and Technology, 36(1), p.95 - 104, 1999/01

https://doi.org/10.3327/jnst.36.95
 被引用回数：12 パーセンタイル：66.16(Nuclear Science & Technology)

中空糸膜を用いた排ガス中の水素ガス回収システムの定常シミュレーションモデルを提案した。このモデルでは膜の非多孔質部分の拡散、支持構造体中の拡散及び膜表面におけるガス境膜内の拡散を考慮した。システムのガス流れとしては、十字流、混合流、向流、並流の4つの流れを想定した。膜透過の物質移動においては膜の非多孔質超薄膜層が律速段階となっており、全体の物質移動の約99%を支配していることが明らかとなった。当研究室においておこなわれた窒素-水素系あるいは空気-水素系の実験結果は流量10m$$^{3}$$/h、供給圧2580Torr、透過圧80Torrの実験条件において、十字流モデルの結果と一致することが明らかとなった。又水蒸気が混在する空気中からの水素回収において水素回収率は計算結果とよく一致するが水蒸気の回収率は計算値が若干低くなった。この原因は水蒸気の透過係数の不確定性が考えられる。

論文

Hydrogen separation in H$$_{2}$$-H$$_{2}$$O-HI gaseous mixture using the silica membrance prepared by chemical vapor deposition

Hwang, G.*; 小貫 薫; 清水 三郎; 大矢 晴彦*

J. Membr. Sci., 162(1-2), p.83 - 90, 1999/00

https://doi.org/10.1016/S0376-7388(99)00125-8
 被引用回数：65 パーセンタイル：90.03(Engineering, Chemical)

熱化学ISプロセスにおけるHI分解への適用のため、セラミックスを基膜とする水素分離膜を作製した。膜は、100nm(M1)と10nm(M2)の細孔径を有するアルミナ多孔質チューブを基膜として用い、TEOSを反応原料とする化学蒸着法により作製した。He,N$$_{2}$$,H$$_{2}$$の純ガス透過実験は、300~600$$^{circ}$$Cの範囲で行った。HeとN$$_{2}$$ガスは、細孔が析出するシリカによって閉塞されたため、活性化拡散機構により流れた。作製した膜の600$$^{circ}$$Cにおける水素ガス透過速度は、約6$$times$$10$$^{-9}$$mol/Pa・m$$^{2}$$・sであった。H$$_{2}$$/N$$_{2}$$の選択性はM1とM2膜でそれぞれ5.2と160を示した。H$$_{2}$$-H$$_{2}$$O-HI混合ガス分離実験を300~600$$^{circ}$$C範囲で行った。水素の透過速度は水素単独に用いた場合とほぼ同等であり、HI透過速度は1$$times$$10$$^{-11}$$mol/Pa・m$$^{2}$$・s以下であった。450$$^{circ}$$CにおけるH$$_{2}$$-H$$_{2}$$O-HI(モル比0.23:0.65:0.12)混合ガスでの膜の水素透過速度は、一日後でも変化しなかった。

論文

Numerical evaluation of interfacial area concentration using the immiscible lattice gas

渡辺 正; 海老原 健一

Nucl. Eng. Des., 188(1), p.111 - 121, 1999/00

https://doi.org/10.1016/S0029-5493(99)00020-5
 被引用回数：6 パーセンタイル：45.48(Nuclear Science & Technology)

二相流の界面積濃度の変化を数値的に評価するために、粒子法のひとつである格子ガス法により二次元の典型的な流れ場における相分離及び混合のシミュレーションを行った。二種類の粒子を用いるimmiscible格子ガス法により二相を表現し、均一に混合した状態を初期値とするクェット流れ、層状に分離した状態を初期値とするキャビティー流れを計算し、界面積濃度の変化を調べた。同一の粒子で占められた格子領域を相内部、それ以外を相間と定義し相間領域の割合を界面積濃度とした。いずれの流れ場においても系の代表速度である壁面のすべり速度により界面積濃度が増加し、また定常状態においては壁速度と界面積濃度が相関づけられることが明らかとなった。これにより数値的な相関式の可能性が示された。

報告書

ISプロセス高効率化のための水素分離膜に関する研究; 多孔質$$alpha$$-アルミナチューブを基膜とした製膜方法

Hwang, G.*; 小貫 薫; 清水 三郎

JAERI-Research 98-002, 8 Pages, 1998/01

JAERI-Research-98-002.pdf:0.53MB

ISプロセスの水素発生工程におけるヨウ化水素分解の高効率化のため、水素分離膜の製作技術の研究を行った。細孔径100nmと10nmの$$alpha$$ーアルミナチューブを基膜として用い、TEOSを原料とする化学蒸着法(CVD)によりシリカを析出させる方法で水素分離膜を製膜した。製作した水素分離膜では、シリカにより細孔が緻密に閉塞され、ガスは活性化拡散機構により透過した。600$$^{circ}$$Cにおける窒素に対する水素の選択性は、細孔径が100nmの基膜の場合5.2,細孔径が10nmの基膜の場合160を示した。

論文

未反応メタンのリサイクルによる水蒸気改質反応のメタン転化率向上技術の開発; 高温ガス炉を利用した水素製造システムの開発研究の一環として

稲垣 嘉之; 羽賀 勝洋; 会田 秀樹; 関田 健司; 小磯 浩司*; 日野 竜太郎

日本原子力学会誌, 40(1), p.59 - 64, 1998/00

https://doi.org/10.3327/jaesj.40.59
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)

本研究の目的は、高温ガス炉水蒸気改質システムにおいて、未反応CH$$_{4}$$をリサイクルすることによりCH$$_{4}$$転化率を向上させる手法の開発である。水蒸気改質反応後の生成ガス中からポリミド系ガス分離膜を用いて未反応メタンを分離抽出し、水蒸気改質器へリサイクルする。ポリミド系ガス分離膜についてH$$_{2}$$,CO,CO$$_{2}$$,CH$$_{4}$$ガスの分離特性を実験及び数値解析により明らかにし、このガス分離器を用いて未反応CH$$_{4}$$のリサイクル実験を行った。その結果、CH$$_{4}$$転化率(CH$$_{4}$$供給量に対するCH$$_{4}$$のCOへの転化量)を約20~32%向上させることができた。

報告書

ポリイミド分離膜を用いた水蒸気改質生成ガスからのメタン分離に関する研究

小磯 浩司*; 稲垣 嘉之; 会田 秀樹; 関田 健司; 羽賀 勝洋; 日野 竜太郎

JAERI-Research 97-076, 33 Pages, 1997/10

JAERI-Research-97-076.pdf:1.3MB

天然ガス(主成分:CH$$_{4}$$)の水蒸気改質法を用いたHTTR水素製造システムでは、高圧・低温(4.5MPa、800$$^{circ}$$C)の反応条件のため、CH$$_{4}$$の転化率は約65%の低い値に止まっている。そのCH$$_{4}$$転化率を向上させる手法の一つとして考えられたのが、改質後の生成ガス中からガス分離器を用いて、CH$$_{4}$$を分離し、改質器へ戻すことにより、実質的にCH$$_{4}$$転化率を向上させるものである。ポリイミド分離膜について、CH$$_{4}$$,H$$_{2}$$,CO$$_{2}$$,COの混合ガス中からのCH$$_{4}$$分離特性を明らかにするために、実験及び数値解析を行った。混合ガスを用いて測定した各成分ガスの透過率は、単体ガスを用いた測定値(カタログ値)に対して約1/3~1/14に減少した。CH$$_{4}$$の分離については、混合ガス中から約80%の割合でCH$$_{4}$$を回収することができ、H$$_{2}$$及びCO$$_{2}$$については98%以上を除去することができた。これらの結果からポリイミド分離膜は、リサイクルシステムに有用であることが確認した。また、差分法による解析は透過率、モル分率分布等の実験結果をよく再現しており、分離挙動についての解析手法を確立することができた。

論文

Development of a computer-controlled on-line rapid ion-exchange separation system

塚田 和明*; 大槻 勤*; 末木 啓介*; 初川 雄一*; 吉川 英樹*; 遠藤 和豊*; 中原 弘道*; 篠原 伸夫; 市川 進一; 臼田 重和; et al.

Radiochimica Acta, 51(2), p.77 - 84, 1990/00

https://doi.org/10.1524/ract.1990.51.2.77

核科学研究のためのマイクロ・コンピュータで制御できる迅速イオン交換装置を開発した。これは、反応槽、ガスジェット輸送部、インジェクター、イオン交換部、放射線源作製部および放射能測定部から成る。本装置を用いて、$$^{252}$$Cfの自発核分裂で生成するサマリウムの陰イオン交換分離を約8分以上行うことができた。また本装置は加速器を用いた重イオン核反応で生成する短寿命アクチノイドの分離にも適用可能である。

論文

Preparation of gas chromatographic column for separation of hydrogen isotopes and its application to analysis in commercially available tritium gas

佐伯 正克; 平林 孝圀; 荒殿 保幸; 長谷川 隆代*; 立川 圓造

Journal of Nuclear Science and Technology, 20(9), p.762 - 768, 1983/00

https://doi.org/10.3327/jnst.20.762
 被引用回数：11 パーセンタイル：75.46(Nuclear Science & Technology)

水素同位体分離用ガスクロマトグラムカラムの作製および使用条件を検討し、その結果を市販無担体トリチウムガス中の不純物分析に応用した。最も良い分離条件は固定相の酸化鉄添加活性化アルミナを230$$^{circ}$$Cで16時間活性化した後、-7$$^{circ}$$Cで炭酸ガスにより不活性化した場合に得られた。分析した3種類の市販トリチウムガス中には、いずれもHT,DT,トリチウム化メタンおよびトリチウム化エタンが検出された。混入している軽水素は主に貯蔵容器内表面から供給されていることを実験的に確認した。

論文

In-line gas chromatograph for analysis of UF$$_{6}$$ and/or F$$_{2}$$

杉川 進; 辻野 毅

Journal of Nuclear Science and Technology, 14(2), p.147 - 152, 1977/02

https://doi.org/10.3327/jnst.14.147
 被引用回数：1

フッ化物揮発法による再処理の研究開発において、ウランフッ素化実験におけるUF$$_{6}$$およびF$$_{2}$$の連続分析のために、ダブルカラムと自動サンプリング系から成る耐食性インラインガスクロマトグラフを試作した。選択したUF$$_{6}$$用カラムは、40w/oポリトリフロロモノクロルエチレンオイル/テフロン粉末であり、F$$_{2}$$用カラムは、KCl粉末と上述の充填剤を組合せたもので、それぞれ内径0.4cmФ、長さ3mおよび2mの銅管に充填したものである。これらは、模擬プロセスガス組成に対してピーク分離が得られるよう最適化を行なった。最適カラム条件で、UF$$_{6}$$およびF$$_{2}$$の分析時間は、それぞれ9minと3minであり、検量線は、両方共直線である。分析下限は、10mlのサンプリングにおいて、UF$$_{6}$$およびF$$_{2}$$に対して、それぞれ分圧0.2mmHgおよび1mmHgであった。このインラインガスクロマトグラフは、実際のUO$$_{2}$$のフッ素化実験に使用し、ウランの反応速度および反応の終点を測定する上で有用であった。

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