Large-eddy simulation on two-liquid mixing in the horizontal leg and downcomer (the TAMU-CFD Benchmark), with respect to fluctuation behavior of liquid concentration

安部 諭; 岡垣 百合亜

Nuclear Engineering and Design, 404, p.112165_1 - 112165_14, 2023/04

https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2023.112165

Pressurized Thermal Shock (PTS) is induced potentially by the rapid cooling of the cold-leg and downcomer wall in the primary system of a Pressurized Water Reactor (PWR) due to the initiation of Emergency Core Cooling System (ECCS). Thus, fluids mixing in a horizontal cold-leg and downcomer should be predicted accurately; however, turbulence production and damping often hinders this prediction due to the presence of the density gradients. Hence, the Fifth International Benchmark Exercise, the cold-leg mixing Computational Fluid Dynamics (CFD) Benchmark, was conducted under the support of OECD/NEA. The experiment was designed for visualization of the mixing phenomena of two liquids with different densities. The heavy liquid was a simulant of cold water from ECCS, in a horizontal leg and downcomer. We used the Large-eddy Simulation (LES) to investigate the time fluctuation behaviors of velocity and liquid concentration. The CFD simulation was performed with two turbulence models and three different numerical meshes. We investigated the characteristics of the appearance frequency of the heavy liquid concentration with the statistical method. Based on our findings, we propose further experiments and numerical investigations to understand the fluid mixing phenomena related to PTS.

Magnetic fluctuation and first-order transition in trillium lattice of EuPtSi observed by Eu Mssbauer spectroscopy

本間 佳哉*; 垣花 将司*; 徳永 陽; 與儀 護*; 中島 美帆*; 仲村 愛*; 清水 悠晴*; Li, D.*; Maurya, A.*; 佐藤 芳樹*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 88(9), p.094702_1 - 094702_8, 2019/08

https://doi.org/10.7566/JPSJ.88.094702

We report the results of Eu Mssbauer spectroscopy on EuPtSi with a chiral structure belonging to the P23 space group at zero magnetic field. The paramagnetic single absorption forms a magnetic splitting profile directly below 4.0 K and the spectrum at 3.9 K consists of the sum of the paramagnetic single absorption and the magnetic splitting absorption, which indicates a first-order transition at 4.0 K. The temperature dependence of the effective hyperfine fields at the Eu nucleus follows a power law indicates a full moment of Eu ions.

Sensitivity analysis of failure probability on PTS benchmark problems of pressure vessel using a probabilistic fracture mechanics analysis code

Li, Y.*; 加藤 大輔*; 柴田 勝之

JSME International Journal, Series A, 44(1), p.130 - 137, 2001/01

確率論的破壊力学(PFM)は、重要な機器の信頼性や寿命管理の合理的な評価法として近年適用されつつあり、VISAやPRAISEといった解析コードも開発されている。しかし、解析精度及び信頼性向上の観点から新規の破壊力学モデルや評価手法の導入も必要とされている。この観点から原研では、弾塑性破壊解析モデルや半楕円亀裂の進展解析法に特徴を有する新規PFMコードPASCAL(PFM Analysis of Structural Components in Aging LWR)の開発を進めている。本コードは、モンテカルロ法により変動荷重のもとでの圧力容器の条件付き亀裂進展・破壊確率を求めることができる。本報では、本コードを用いて行った圧力容器破壊確率のPTSベンチマーク問題に対する各種パラメータの感度解析結果を報告する。圧力、温度、圧力容器形状等は、国際ベンチマーク問題ICASの入力データを用いた。感度解析は、初期亀裂分布、初期アスペクト比、クラッドの効果、半楕円亀裂の進展判定法等について行った。この結果、半楕円亀裂について、良好な損傷確率を得るためには、表面方向と深さ方向独立に亀裂進展判定する方法を採用することが必要であること、内面クラッドは損傷確率を若干上昇させる効果を有する等のことを明らかにした。

Introduction of effect of annealing into probabilistic fracture mechanics code and results of benchmark analyses

柴田 勝之; 加藤 大輔*; Li, Y.*

Emerging Technologies: Risk Assessment, Computational Mechanics and Advanced Engineering Topics (PVP-Vol.400), p.49 - 54, 2000/00

確率論的破壊力学(PFM)は、材料や構造等の不確実性を確率論的に考慮することにより、従来の決定論的評価に比べ、より合理的に機器・構造物の信頼性を評価する手法として期待されている。しかし、実機への適用にあたっては、解析コードの信頼性や精度の向上及び適用性の検証が未だ必要である。この観点から、弾塑性破壊評価法R6の導入や半楕円亀裂の進展評価に特徴を有する新規PFMコードPASCAL(PFM Analysis of Structural Components in Aging LWR)の開発を進め、コードの骨格部の開発をほぼ完了した。さらに、経年圧力容器における焼鈍効果を破損確率の観点から検討するため、同コードにNRC規制指針に基づく焼鈍効果の評価オプションを追加した。本論文では、開発コードの概要と焼鈍効果の評価法及び焼鈍効果に関する感度解析の結果を報告する。感度解析の結果、30%以上の延性-脆性遷移温度及び上部棚吸収エネルギーの回復率を与える焼鈍を行うことにより、顕著に破損確率が低下するとともに大きな寿命延伸効果が期待できるとの結果が得られた。

The HTTR reactor pressure vessel and its integrity against a PTS event

栗原 良一

Nucl. Eng. Des., 172(3), p.317 - 325, 1997/00

https://doi.org/10.1016/S0029-5493(97)00082-4

日本原子力研究所で建設中の高温工学試験研究炉(HTTR)の原子炉圧力容器はHTTRプラントの中でも重要な機器であり、高温強度特性を有し、非原子力の産業界において多くの実績を有する21/4Cr-1Mo鋼製である。HTTR原子炉圧力容器に使われる実鋼材を製造する前に、実鋼材と同じ方法で先行試作材を製造し、母材及び溶接材の材料強度データを得るために多くの試験を実施した。圧力容器冷却パネルの管が破断し、0.5MPa圧力40C温度の冷却水が約400Cに熱せられた圧力容器の外壁に飛散した場合を想定し、加圧熱衝撃(PTS)事象による容器壁に生じる応力分布が有限要素法コードを用いて計算できた。本論文は先行試作材の材料試験から得られた試験結果の一部を報告するとともにPTS事象下のHTTR圧力容器の健全性を明らかにするために、軽水炉圧力容器に対して開発された方法により求めた評価結果を報告する。

非線形破壊力学簡易解析手法に基づく圧力容器健全性解析プログラムの開発と例題解析

柴田 勝之; 磯崎 敏邦; 山崎 隆*

JAERI-Data/Code 95-015, 67 Pages, 1995/11

JAERI-Data-Code-95-015.pdf:1.77MB

高経年軽水炉の安全性に係わる課題のうち、圧力容器の健全性を厳しく評価・管理し、十分な安全余裕を確保していくことは最も重要な課題の一つである。この観点から、圧力容器寿命に与えるPTS事象の影響評価に関する研究として、非線形破壊力学に基づく亀裂進展解析により、圧力容器の加圧熱衝撃下での安全余裕の詳細な解析を進めている。この研究の一環として、有限要素法による詳細解析に加えて、R6法およびEPRI-GE法による加圧熱衝撃下の健全制評価も実施している。簡易解析を行うため、R6法とEPRI-GE法に基づく非線形破壊力学簡易解析プログラムを開発した。本報告書では解析プログラムの解説と例題解析結果をとりまとめた。

Description of code system PLES/PTS for evaluation of pressure vessel integrity during PTS events

平野 雅司; 鴻坂 厚夫

JAERI-M 92-006, 76 Pages, 1992/02

JAERI-M-92-006.pdf:1.53MB

加圧水型軽水炉(PWR:Pressurized Water Reactor)における加圧熱衝撃(PTS:Pressurized Thermal Shock)事象時の原子炉圧力容器健全性を評価する計算コードシステムPLES/PTSを開発した。このコードシステムは、非常用炉心冷却(ECC:Emergency Core Cooling)水と一次冷却水との熱混合解析と圧力容器壁内の応力分布の過渡解析、破壊力学に基づく亀裂進展解析を行う複数のメンバーコードで構成されている。本報告書では、本コードシステムで用いている解析手法と入力規約について述べる。