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加藤 千明; 矢野 昌也*; 木内 清; 杉本 克久*
Corrosion Engineering, 52(1), p.53 - 67, 2003/01
沸騰硝酸環境におけるジルコニウムの耐食性に及ぼす伝熱の影響を各硝酸濃度で調べた。伝熱面及び等温浸漬面における腐食減量と電気化学的分極曲線を測定した。その結果、ジルコニウムの腐食速度は等温浸漬面よりも伝熱面の方が大きくなることが明らかになった。その速度は硝酸濃度と溶液温度の上昇により大きくなった。沸騰伝熱面における硝酸の酸化力上昇は、伝熱面上での熱分解による亜硝酸濃度の低下と沸騰バブルによって分解生成物が溶液から排出されることにより引き起こされる。沸騰伝熱面における12mol/dm
硝酸水溶液の酸化還元電位はジルコニウムの一次不働態皮膜の破壊電位に非常に近づいた。これは、核燃料再処理プロセスの沸騰伝熱面において応力腐食割れが生じることを示唆している。
加藤 千明; 矢野 昌也*; 木内 清; 杉本 克久*
材料と環境, 52(1), p.35 - 43, 2003/01
沸騰硝酸環境におけるジルコニウムの耐食性に及ぼす伝熱の影響を各硝酸濃度で調べた。伝熱面及び等温浸漬面における腐食減量と電気化学的分極曲線を測定した。その結果、ジルコニウムの腐食速度は等温浸漬面よりも伝熱面の方が大きくなることが明らかになった。その速度は硝酸濃度と溶液温度の上昇により大きくなった。沸騰伝熱面における硝酸の酸化力上昇は、伝熱面上での熱分解による亜硝酸濃度の低下と沸騰バブルによって分解生成物が溶液から排出されることにより引き起こされる。沸騰伝熱面における12mol/dm硝酸水溶液の酸化還元電位はジルコニウムの一次不働態皮膜の破壊電位に非常に近づいた。これは、核燃料再処理プロセスの沸騰伝熱面において応力腐食割れが生じることを示唆している。
土井 正充; 木内 清; 矢野 昌也*; 関山 喜雄*
JAERI-Research 2001-020, 17 Pages, 2001/03
JAERI-Research-2001-020.pdf:0.7MB
再処理施設の酸回収蒸発缶等を想定して、伝熱面腐食を支配する硝酸側環境因子の基礎解析を行った。現用鋼である、R-SUS3304ULCを用いて、溶液中のV濃度、熱流速の伝熱面腐食に与える影響を調べるとともに、金属組織制御により粒界腐食を抑制したステンレス鋼及び防食造膜元素を複合添加したNi基合金の耐食性についても調査した。
佐分利 禎; 小河 浩晃; 上田 哲志*; 木内 清
JAERI-Tech 2000-057, 23 Pages, 2000/10
JAERI-Tech-2000-057.pdf:5.28MB
原子力プラントにおける強放射線場の腐食性溶液中で沸騰伝熱条件に置かれた材料の腐食や材質変化は、浸漬条件のそれらと比較して一桁以上大きく、従来の溶液化学的・電気化学的知見に基づいた解析や材料対策が適用できない。著者らは、この腐食機構として材料と沸騰状態にある気/液相界面において放射線分解や熱分解で生成した活性な酸素や水素による低温プラズマ励起型の動的平衡反応を想定した新モデルを提起している。本報告は、低温プラズマ励起による表面反応素過程を解析して実用環境の腐食機構を解明するために必要な基礎試験装置の開発に関するものである。開発した装置では、入射イオンや電子の制御や試料表面観察等が可能で、重量変化や透過速度測定による表面反応機構の解析を行う。併せて、表面反応の支配因子の解析条件や表面分析等による解析手法を評価・選定した。
堺 公明; 岩崎 隆*; 大島 宏之; 山口 彰
JNC TN9400 2000-033, 94 Pages, 2000/04
JNC-TN9400-2000-033.pdf:4.36MB
サイクル機構では、高速増殖炉の実用化戦略調査研究として、多様な冷却材を対象とした幅広い実用化像に関する設計研究を進めている。その一環として、本研究では、鉛及び鉛-ビスマス合金を冷却材とする重金属冷却炉を対象として、重要な熱流動評価項目である崩壊熱除去特性について、ナトリウム冷却炉と比較し、冷却材の相違に基づく崩壊熱除去特性を比較整理することを目的としている。鉛及び鉛-ビスマスの重金属冷却材は、空気及び水と化学的に不活性であることから、経済性に優れた2次系削除のプラント概念が多く提案されている。本解析では、2次系削除プラントを等価的な比較対象プラントとして設定し、ナトリウム、鉛及び鉛-ビスマス冷却材についてSuper-COPDコードによる崩壊熱除去特性解析を実施し、それらのプラント動特性の相違について比較した。また、鉛冷却大型ループ型炉として最適化された設計概念を対象として、崩壊熱除去特性解析を実施した。その結果、一般的な特性として、重金属冷却材は伝熱面の酸化膜形成及び腐食等による伝熱への影響について今後確認が必要であるものの、崩壊熱除去特性に関しては、重金属冷却材は冷却性に優れたナトリウムと同等な除熱能力を有し、特に、受動的崩壊熱除去特性である自然循環特性に優れた能力を有することが明らかになった。
飯塚 透; 上出 英樹; 西村 元彦
PNC TN9410 98-083, 118 Pages, 1998/07
実証炉段階で採用される原子炉冷却系に係る新概念技術の確立を目的とし、原子炉容器から蒸気発生器(SG)までを総合的に模擬した大型ナトリウム試験(原子炉冷却系総合試験)計画を検討した。これまでに基本設計を行い、試験施設は実証炉の1/3縮尺2ループモデルとした。SGについては水・蒸気側の模擬性を高めるため高さ方向1/1縮尺の部分モデルとし、2次系配管を1ループに集約して接続するものとした。このため、2次系配管が著しく長くなり、実機模擬性が損なわれる可能性が考えられる。また、2次系配管の途中で2ループを1ループに集約する構造のため、自然循環試験時にはループ間のアンバランスが助長されることも考えられる。そこで、2次系配管長をパラメータとして動特性解析を実施し、模擬性に与える影響を把握した。また、IHX伝熱面積等にループ間で差異を与えた場合の予測解析を実施した。その結果、SGが流れ方向に長く、熱容量も大きいことから、2次系配管長の影響は相対的に小さいことが分かった。また、片方のループにのみ選択的に自然循環が発達するような現象は見られなかった。以上より、2次系配管長の短縮は制約条件が厳しい割に熱過渡の改善の効果が小さく、構造上可能な範囲すべきことが分かった。また、ループ間に実証炉と同等の製作誤差があっても、試験の実施及び試験結果の評価に大きな影響を与えるような問題は生じないことが分かった。
高瀬 和之; 功刀 資彰*; 秋本 肇
Proc. of 6th Int. Conf. on Nucl. Eng. (CD-ROM), 12 Pages, 1998/00
核融合炉の真空容器内冷却材侵入事象(ICE)をスケールモデルで模擬したICE予備実験の結果から、圧力上昇過程の支配因子は、(1)加熱面に衝突した水の沸騰、(2)容器内部に蓄積した水の沸騰及び(3)水侵入時のフラッシング蒸発であることがわかった。そこで、熱流動解析コードTRAC-PF1を使って圧力上昇挙動を数値的に検証した。TRACコードによる感度計算の結果、ICE時の圧力上昇過程を数値的に十分予測できることがわかった。同時に、予測精度の向上には、真空容器内に侵入した水の飛散分布及び水と接する容器内伝熱面積を正確に把握する必要があることを明らかにした。
菱田 誠
J. Enhanced Heat Transfer, 3(3), p.187 - 200, 1996/00
突起付き伝熱面の局所熱伝達率と種々のパラメータ(突起の高さ、ピッチ、レイノルズ数、熱流速比)との関係を実験的に検討した。これらの結果に基づき、局所熱伝達率の実験式を提案した。
林 政範*; 木内 清; 早川 均*; 菊地 正彦
Proc. of the Int. Symp. on Material Chemistry in Nuclear Environment, p.469 - 477, 1992/00
大型民間再処理工場の主要な硝酸プロセス機器の減圧蒸発缶材料には、R-SUS304ULC等のオーステナイトステンレス鋼が使用されるが、高酸化性イオンの共存下や高濃度の硝酸の伝熱沸騰条件において表面皮膜の保護性が低下して、過不働態と呼ばれている加速腐食を起こすことが懸念されている。この観点から、熱流束制御下の片面伝熱面腐食試験装置を用いて、当該材料の六価クロムを含む硝酸溶液中の腐食挙動に及ぼす熱流束の効果を検討した。この結果から、伝熱面における腐食速度の加速が、蒸発量及び硝酸の熱分解反応に伴う高酸化性雰囲気により生成する六価クロムの量に対応することが明らかとなった。さらに伝熱面における腐食の加速機構について、電気化学的測定及び解析を行い、沸騰伝熱面では、アノード及びカソード双方の電極反応が加速されることが分った。
菱田 誠; 高瀬 和之
Proceedings of the ASME-JSME Thermal Engineering Joint Conference : Reno, Nevada, March 17-22, 1991, p.103 - 110, 1991/00
突起付き伝熱面の局所熱伝達率及び平均熱伝達率を実験によって詳しく調べた。突起は正方形断面をした棒状の2次元突起である。平行平板流路の片面に多数個の突起を取り付け、作動流体として空気を用いて実験を行った。薄いステンレス箔の伝熱面を直接通電によって加熱し、壁温分布を熱電対で測定して局所熱伝達率を求めた。実験範囲は、レイノルズ数が3
10~110
、突起の高さと流路の代表直径の比が0.0324~0.174、突起のピッチと突起の高さの比が2.5~60である。局所熱伝達率とレイノルズ数、突起の高さ、及び突起のピッチとの関係を明らかにした。また、局所熱伝達率及び平均熱伝達率と熱流束比(基板の熱流束と突起の熱流束の比)との関係を調べた。
菱田 誠
日本機械学会論文集,B, 56(524), p.1107 - 1112, 1990/04
突起付き伝熱面の平均熱伝達率、摩擦係数の値は例えば熱交換器の熱貫流率、温度効率などを求める際に必要であり、従来数多くの測定結果が蓄積されている。一方、原子炉の突起付き燃料棒の熱設計を行う際等には突起面を含めた伝熱面全体の局所熱伝達率の値が必要になる。従来、局所熱伝達率を求めた例はいくつかあるが、突起の高さ、ピッチ、レイノルズ数等を広範囲に変えて系統的に調べた例は少ない。そこで、本報では平行平板流路の片面に正方形断面をした2次元状の突起を多数個取り付けて実験を行い、局所熱伝達率と突起の高さ、ピッチ、レイノルズ数との関係を系統的に調べた。
菱田 誠
日本機械学会論文集,B, 55(518), p.3166 - 3171, 1989/10
突起付き伝熱面の局所熱伝達についての実験的・理論的研究は幾つかあるが、そのほとんどは伝熱面の熱流束が一定、あるいは壁温が一定という条件における研究である。しかしながら、実際の使用条件ではそのいずれにも当てはまらない場合がある。本報では、そのような場合の局所熱伝達を検討する1つの試みとして、正方形断面をした棒状の突起を多数個取り付けた突起付き伝熱面について、突起表面の熱流束と基板の熱流束との比を広範囲に変えて実験を行い、局所熱伝達率と熱流束比との関係を調べた。
岡本 芳三
日本機械学会論文集, 21(224), p.624 - 631, 1965/00
厚みのうすい一次元のフィンが内部発熱を伴い、表面よりふく射および対流により放熱が行なわれる場合の解析についてはすでにのべた。しがしながら、高温ガス冷却炉用燃料要素や高温荊熱交換器には、厚みと高さが同程度のフィン付伝熱面が使用される場合がある。このような厚みのあるフィン付伝熱面の解析については、フィンの厚み方向の温度分布を考えに入れて解析を行なう必要があり、Kellerが単純対流フィン環について、根本面が一定温度に保たれているという条件の下で解析を行なっているのみであり、総括的に解析を行なった結果についてはまだ発表されていない。
