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小瀬 裕男*; 高瀬 和之; 吉田 啓之; 叶野 琢磨; 呉田 昌俊; 秋本 肇
第41回日本伝熱シンポジウム講演論文集, 2 Pages, 2004/05
原研が開発を進めている低減速軽水炉を対象として、稠密燃料集合体内の二相流挙動を直接解析によって予測する研究を、地球シミュレータによる大規模シミュレーションによって行っている。本研究では、熱の影響がない非加熱等温流条件に対して、低減速軽水炉の炉心条件をもとに燃料集合体入口の流速やボイド率を変えて一連の解析を実施し、次の傾向の予測に成功した。(1)燃料棒表面が薄厚の液膜で覆われる,(2)燃料棒間隔が狭い領域で液膜の架橋現象が起こる,(3)蒸気は燃料棒間隔が広い三角ピッチ中心部をストリーク状に流れる。
高瀬 和之; 吉田 啓之; 小瀬 裕男*; 玉井 秀定; 秋本 肇
Transactions of the American Nuclear Society, 89, p.88 - 89, 2003/11
筆者らは低減速軽水炉の炉心内二相流特性を直接解析による大規模シミュレーションによって解明する研究を行っている。熱の影響がない非加熱等温流条件に対して、低減速軽水炉の炉心条件をもとに燃料集合体入口流速,ボイド率等をパラメータとして一連の解析を行い、次の結論を得た。(1)小さな気泡が合体して成長した大きな気泡は、一度壁に接触すると表面張力により壁表面に沿って下流へと移動する。(2)大きな気泡は大きくなりすぎると気液界面に生じるせん断力によって小気泡に分断される。(3)炉心三角ピッチ配列の中心領域は燃料棒間狭隘部に比べて流動抵抗が低いため、大きな気泡は次第に三角ピッチ配列の中心領域に凝集しながら下流へと移動する。(4)スペーサ領域で大きな気泡は多くの小気泡に分断され、その結果スペーサ後流の水平方向のボイド率分布は均一化される方向にある。(5)低減速軽水炉における気泡の運動は流れ方向への直線的な移動が支配的であり、ボイドドリフトの影響BWR炉心よりも小さい傾向にある。
高瀬 和之; 増子 献児*; 小瀬 裕男*; 玉井 秀定; 久米 悦雄
可視化情報学会誌, 23(Suppl.1), p.363 - 364, 2003/07
原研では軽水炉の高度利用を目指して低減速軽水炉の開発を行っている。低減速軽水炉は、炉心冷却を行う減速材の割合を減らし、発生する高速中性子の減速を抑制することで1.0以上の高い転換比を可能とする水冷却炉で、燃料に対しての減速材の割合を小さくするために、燃料棒間ギャップを従来軽水炉の3mm程度から1mm程度まで稠密化した燃料集合体が用いられる。著者らは、低減速軽水炉の炉心熱設計に資するため、稠密燃料集合体内の3次元熱流動解析を行っているが、体系が複雑であり、しかも、解析結果が膨大となるため、定量的な評価に時間がかかる。そこで、定量評価を容易にするために、可視化ソフトAVS/Expressを使って可視表示専用プログラムの開発を行った。本研究によるAVS/Expressによる画像処理法,可視画面構築のための座標変換法等の開発により、燃料集合体内の流速,温度,ボイド率等の詳細な3次元分布の可視表示が可能になった。
高瀬 和之; 吉田 啓之; 小瀬 裕男*; 玉井 秀定; 叶野 琢磨; 秋本 肇
日本混相流学会年会講演会2003講演論文集, p.33 - 34, 2003/00
原研が開発を進めている低減速軽水炉を対象として、稠密燃料集合体の二相流挙動を直接解析によって数値的に予測する研究を行っている。稠密燃料集合体をフルサイズで模擬した体系で直接解析を行うためには膨大な記憶容量を必要とするが、地球シミュレータによって初めてそれが可能になった。解析には、吉田によって開発された二相流解析コードTPFITを使用した。本コードは界面追跡機能を有し、気液界面形状を時間及び空間方向に高精度で輸送できる特徴を持つ。本研究では、熱の影響がない非加熱等温流条件に対して、燃料集合体入口の流速やボイド率を変えて解析を実施した。低減速軽水炉の炉心条件をもとに、気相及び液相の物性値は圧力7.2MPa,飽和温度288
Cにおける蒸気及び水の値を使用した。一連の大規模シミュレーションにより、稠密燃料集合体内の二相流挙動、特にスペーサ周辺の液膜流挙動等の詳細が定量的に明らかになった。
高瀬 和之; 吉田 啓之; 小瀬 裕男*; 玉井 秀定; 秋本 肇
Proceedings of International Conference on Supercomputing in Nuclear Applications (SNA 2003) (CD-ROM), 15 Pages, 2003/00
低減速軽水炉の燃料集合体をフルサイズで模擬した体系下で二相流挙動の詳細を計算機上に再現することを目的として、地球シミュレータを利用した大規模数値シミュレーションを行っている。燃料集合体の解析には従来からサブチャンネル解析コードが利用されているが、実験結果に基づく構成式を必要とするため、本研究対象である1mm程度の狭隘流路における二相流挙動に関する実験データがない場合には高精度の予測は困難である。そこで、筆者らは実験データを必要としない直接解析手法を燃料集合体内二相流解析に適用することを考え、これは地球シミュレータの利用により可能になった。3次元詳細解析の結果、グリッドスペーサ部周辺における流速分布の不均一性を初めて明らかにでき、計算科学的手法による低減速軽水炉の炉心熱設計手法確立の可能性に関して高い見通しを得た。
中島 伸也; 落合 政昭
JAERI-Conf 98-013, 279 Pages, 1998/09
本報告書は、平成10年3月4,5日に開催された低減速スペクトル炉に関する原研主催の研究会の内容をまとめたものである。高転換型炉心研究のレビューとして、PWR及びBWRでの既往研究のまとめが説明された。低減速スペクトルMOX炉心研究では、超臨界圧水炉、RBWR及び先進的核燃料サイクル及び加圧型増殖炉についての最新の開発状況が報告された。また原研における研究現状と将来計画として、低減速スペクトル炉心の設計計画及びアクチニド研究施設について報告された。最後に、低減速MOX炉心研究会の今後の展開と技術的課題と題するパネルディスカッションが行われ、研究の進め方、社会の受容性、電力の協力、原研への要望等の意見が述べられ、幅広い質疑応答があった。
田崎 雄大; 山路 哲史*; 天谷 政樹
no journal, ,
軽水冷却による増殖炉の設計では、稠密燃料集合体を用いて炉内に占める軽水の領域を小さくすることで、中性子の減速を抑える。加えて、中性子を効率よく劣化ウランに照射するために、MOX燃料とblanket燃料を用いた非均質炉心を構成する。更なる増殖性能の向上のために超臨界圧軽水冷却炉で行われた研究では、水密度が特に小さい上部blanket燃料層に独立した燃料シャッフリングを設ける「多段燃料シャッフリング」と呼ばれる炉心概念を導入し、増殖性能の向上を達成した。BWRにおいてもボイドの発達により炉心上部で最も水密度は下がるため、同様の効果が得られると考えられる。一方、このような炉心の燃料棒は、燃料スタック中に2種類のペレットを含むため、MOX燃料部分の出力ピーキングが大きくなる特徴を持つ。そのため、MOX燃料部分の燃料中心温度の低減や、MOX・blanket燃料のPCMI特性の違いからくる燃料境界部の剪断応力の低減が課題になると考えられる。また、MOX燃料部分ではPCMIにより被覆管外形が増大するが、稠密燃料集合体を用いた本炉心においては、流路面積の減少に伴い、炉心の熱水力特性に影響を与える可能性がある。本研究では、多段燃料シャッフリングを用いたBWRを創出し、三次元核熱結合炉心燃焼計算によって増殖性能の向上を示した。また、炉心計算結果から作成した照射履歴とこれを用いた燃料ふるまい解析で、以上の課題を緩和する燃料設計を示した。被覆管外形変化が炉心の熱水力特性に与える影響については、最小限界熱流束比に与える影響はほぼなかったものの、圧力損失については感度があり、炉心の流量配分に設計上の課題があることが示唆された。
