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神永 文人*; 松村 邦仁*; 中村 弘史*
JNC TY9400 2000-003, 99 Pages, 1999/08
JNC-TY9400-2000-003.pdf:6.48MB
本報告は核燃料サイクル開発機構との表記の共同研究について、1998年度に茨城大学工学部において実施した研究の内容である。また、本年度は研究の最終年度にあたるため、前年度までの成果も加え、最終報告書としでまとめた。容器内へ流入する液流れと容器内の自由液面との相互作用によって生じる振動現象は、主にFBRの安全性に関連して非常に重要である。しかし、自由液面を有する容器内に上側から液体が流入する場合に生じる液面振動については、開水路流れを対象としたものを除くとこれまでほとんど研究がなされていない。本研究では自由噴流による液面振動に着目し、容器内流体の自由液面とその液面に流入する流れの相互作用によって発生する自由液面の非線型不安定現象について、現象の詳細な知見を得ることを目的とし、矩形2次元容器による実験的研究を行った。昨年度は、試験容器を製作し、容器内自由液面に生じる振動現象について容器の大きさと流入条件が振動現象に与える影響を実験的に調べた、本年度は、昨年度と同じ試験装置を用いて、噴流の吹き出しノズルが液面下に設置された場合について実験を行うとともに、内部流れの可視化を行い、液面振動と内部流れとの関係を調べ、液面振動の発生メカニズムの解明を試みた。その結果、液面に生じる振動形態は、容器長さ・流入位置・流入角度および水深によって決まり、振幅の大きな振動としては、スロッシング状固有振動と固有振動間で見られる遷移振動であることが明かとなった。またこの液面の振動は流入する噴流の変動と相間があり、液面振動には噴流の蛇行が不可欠であることも明らかとなった。
岡 芳明*; 越塚 誠一*
PNC TY9602 97-005, 66 Pages, 1997/03
液体金属冷却高速増殖炉では、液体金属ナトリウムをほぼ常圧下で冷却材として用いており、冷却系の機器内に自由液面を有している。また、冷却材の使用温度範囲が広いため、熱応力をなるべく低減するために構造物を薄肉にする必要がある。そのため、自由液面におけるスロッシングやこれと構造物との相互作用、あるいは流れに励起される流体-構造物連成振動などに関連した問題が生じやすい。しかしながら、これまでの数値解析法では、自由液面や構造物の大変形を扱えるものが無かった。マクロ粒子を用いて連続体の数値解析を行なうMPS法(Moving Particle Semi-implicit Method)では、連続体が大きく変形し、そのトポロジーまで変化してしまう場合でも適用することができる。これまでの研究で、非圧縮性流れの計算アルゴリズムの開発を行ない、自由液面での砕波を伴う流れの数値解析を行なった。本年度はこれを発展させ、流体-構造相互作用の計算法を開発し、薄肉の弾性壁によって構成されるタンク内のスロッシングの数値解析を行なうことを研究目標とした。まず、剛体壁で構成された2次元矩形タンクに周期的な外力を与えることによる有限振幅のスロッシングの計算を行ない、既存の実験データと比較した。水位が浅い場合の共鳴周波数は線型理論から導かれるものよりも大きくなるが、計算でもこれが再現され、得られた振幅は定量的にもよく一致した。水位が深い場合には線型理論とほぼ同じ共鳴周波数になり、計算でもこれが再現されたが、実験と比較して得られた振幅の定量的な一致はあまり良くなかった。弾性壁については、片持ち梁の自由振動の計算を行ない、固有周波数が理論解と一致することを確認した。これらの計算により、流体計算および構造計算の妥当性がそれぞれ検証された。次に、矩形タンクの左右の垂直壁を弾性壁としたスロッシングの計算を行った。弾性壁の振動によって高次のスロッシングモードが発生するなど、剛体壁の場合と異なる挙動が計算された。本研究により、MPS法に基づいた自由液面と構造物の大変形を伴う流体-構造相互作用数値解析法が開発された。
山本 俊弘
Nucl. Eng. Des., 154(2), p.145 - 155, 1995/03
被引用回数：1 パーセンタイル：17.53(Nuclear Science & Technology)移動境界を持つような炉心の動特性解析に、時間依存バウンダリフィット曲線座標系を適用した。時間依存2群、二次元の中性子拡散方程式を解くことにより、溶液燃料(硝酸ウラニル及び硝酸プルトニウム)のスロッシング時の動特性解析を行った。計算はすべて不規則な溶液形状を直交座標系上に変換して行った。スロッシングによって燃料が移動するようなことがあっても、自由液面の形状は概して凹形となる。自由液面が平坦に戻ろうとするときに、液面はわずかながら凸形になり、この時に正の反応度が印加される。この正の反応度は、大きさ、あるいは持続時間が十分でなく核暴走には到らない。
山本 俊弘; B.Basoglu*
Annals of Nuclear Energy, 22(10), p.649 - 658, 1995/00
被引用回数：5 パーセンタイル：49.5(Nuclear Science & Technology)溶液燃料のスロッシング時の変形の際のkeffを最大化する最適形状を求める手法を開発した。「境界インポータンス」なる概念を境界摂動理論より導き出した。最適形状はこの「境界インポータンス」を境界に沿って一定にすることで達成される。例としてこの手法を二次元スラブ体系の溶液燃料に対して水反射体がある場合、ない場合とに適用した。任意形状上での中性子拡散方程式はバウンダリフィット曲線座標変換法によって解かれる。最適形状及びそれによる最大反応度を溶液高さの横幅に対する比(y/x比)の関数として求められた。裸の溶液燃料でy/x比がある閾値より小さい場合、円以外の最適形状は存在しない。水反射体のある場合では閾値よりもy/x比が小さくても左右非対称に変形することで最適形状は達成される。
三好 慶典; 広瀬 秀幸; 須崎 武則
Proc.Int.Seminar on Nuclear Criticality Safety, p.50 - 57, 1987/00
現在原研で設計を進めている核燃料サイクル安全工学研究施設(NUCEF)の溶液燃料臨界実験装置においては、地震時の液面動揺による反応度効果を評価することが安全設計上重要である。そこで平板形状の炉心におけるスロッシング効果を模擬するために、軽水炉臨界実験装置(TCA)を用いて、矩形炉心を構成し、燃料配列の平断面形状をパラメトリックに変化させ、その基本特性を臨界水位法によって測定した。模擬炉心は、2.6w/o濃縮UO
燃料棒の正方格子(格子間隔19.6mm)配列から成り、基準炉心の形状には5種類(32
16,2416,3616,3214,及び4014ピッチ)のものを選択した。 本報告では、動揺液面を模擬した変形炉心(炉心境界がステップ状及び直線上に傾斜)と基準炉心の反応度差に関して、モンテカルロコード及び拡散コードによる解析を行うと共に、溶液炉心におけるスロッシング効果の特性についても報告する。
須崎 武則; 三好 慶典
Journal of Nuclear Science and Technology, 23(9), p.840 - 842, 1986/00
被引用回数：2 パーセンタイル：42.61(Nuclear Science & Technology)溶液燃料を取扱う槽類では、地震あるいは撹拌等により溶液の自由表面の形状変化を生ずる。これにより体系に反応度が添加され、場合によっては臨界事故に発展するおそれがある。地震において溶液の表面波が励起される現象はスロッシングと呼ばれ耐震強度等の観点からの検討は従来多くなされているが、臨界安全の観点からはこれまで検討されていなかった。スロッシングによる反応度効果をTCAに模擬体系を構成して測定した。その結果、槽底面の巾が溶液高さの2倍以下の場合、反応度は負であり、臨界安全が確保されることがわかった。
