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柴本 泰照; 久木田 豊*; 中村 秀夫
日本機械学会論文集,B, 71(703), p.825 - 832, 2005/03
移動液表面近傍の速度場と圧力場を非接触で計測する手法を開発した。本手法は、自由表面の形状測定に基づいて行われる。速度場と圧力場は、境界要素法(BEM)を用いて、時間依存の流体表面形状に課せられる運動学的境界条件を満足するような非圧縮流れ場を捜し求めることによって導出される。本手法を水銀プール表面に水ジェットが衝突する現象に適用した。BEM順問題計算により表面運動を計算し、この表面運動から速度場と圧力場を逆算することで手法の成立性を検証した。逆算結果は、BEM順問題計算での圧力分布とよく一致した。
柴本 泰照; 久木田 豊*; 中村 秀夫
Proceedings of 5th International Conference on Multiphase Flow (ICMF 2004) (CD-ROM), p.217_1 - 217_9, 2004/05
移動自由表面上の圧力分布を間接的に測定する新しい方法を開発した。従来、PIV等による速度場データを入力として圧力場を求める間接測定法では、圧力のポアソン方程式(PPE)がしばしば用いられてきた。この方法ではPPEが圧力と速度の空間差分で表されているため、自由表面上では圧力のノイマン境界条件(dp/dn)を与える必要があった。しかし移動境界では固定壁と違い、自らの運動のためdp/dnがゼロではない未知の値となり、事実上ノイマン条件を与えることができない。さらに、移動境界では速度場の計測自体が困難である。そこで本方法では、PPEを使わず、表面の変形だけからそこに加わる圧力分布を推察することを試みた。界面の変形は速度測定より遙かに容易で、不透明液体にも適用可能である。この方法では、ポテンシャル流れの仮定の下、自由表面形状の測定と境界要素法(BEM)に基づく数値計算を組合せることで表面の変形から表面上の局所流速を求め、これをBernoulliの圧力方程式に代入することで表面上の圧力分布を得る。局所速度(速度ポテンシャル)は、2時刻の界面データから決まる局所の幾何学条件と、流れ場の方程式を連立させて解くことで得られる。本方法を、圧力分布が既知の移動界面データを入力に検証したところ、予測値は参照値とよい一致を示した。
Kritmaitree, P.*; 秋山 光庸*; 日野 竜太郎; 神永 雅紀; 寺田 敦彦*
Journal of Nuclear Science and Technology, 37(11), p.996 - 998, 2000/11
冷減速材システムの構築にあたっては、気体、気液二相流、液体と変化する水素を適切に流動させることが要件である。とくに、運転容易性を確保するには、水素の相状態にかかわらず流量制御の可能な体積型ポンプの適用が不可欠である。そこで、コンプレッサーに用いられているスクロール方式に着目し、液体ポンプとしての適用可能性を解析評価した。第一段階として、物性値の明らかな水流動条件下でスクロール形状を液体用にモデル化し、低レイノルズ数乱流モデルを適用して解析を行い、回転角度に対して滑らかな吸込み容積の変化を示すこと、ポンプ内部には入口圧力よりも100Pa程度低下する負圧領域を生じるもののキャビテーション発生までには至らないことなどを明らかにし、液体ポンプとして適用可能なことがわかった。
越塚 誠一*; 向原 民*; 岡野 靖; 飯田 将雄*; 山口 彰
JNC TY9400 2000-012, 91 Pages, 2000/03
JNC-TY9400-2000-012.pdf:2.82MB
液体ナトリウムの漏洩燃焼挙動の解析には、ナトリウム液滴やナトリウムプールの燃焼、床に落下したナトリウムの広がり、燃焼生成物の堆積など、様々な現象を複合して解析する必要がある。特に、床ライナーの温度分布の評価には、落下したナトリウムがどのように広がるかが重要である。核燃料サイクル開発機構では、こうした複雑な液体ナトリウム漏洩燃焼挙動解析のため、粒子法による計算コードを開発している。粒子による熱流動解析手法は東京大学において本研究者らによって開発されたもので、従来の差分法などと比較して、流体の分裂・合体や堆積・凝固を容易に扱うことが可能である。本研究では、ナトリウムの凝固や燃焼生成物の堆積挙動を解析するため、固相の粒子計算モデルの開発、これを利用した凝固・堆積の粒子計算モデルの開発、表面張力の粒子計算モデルの開発をおこなった。固相の解析のため、ヤング率とポアッソン比で記述される弾性体の運動を、粒子間相互作用で計算するモデルを新たに開発した。この方法では、従来の有限要素法での要素分割の必要がないので、弾性体の大変形のみならず、破壊なども容易に解析できる。特に粒子に回転の自由度を持たせたことで、角運動量の保存性が得られた。弾性体に正弦波状の変位を与え本計算モデルを適用したところ、応力分布や圧力分布は解析解と良く一致した。凝固を伴う熱流動解析法として、熱流動をこれまでの粒子法(MPS法)で、凝固した後の固相を弾性体として解析するモデルを開発した。初期に幅10cm高さ20cmの2次元矩形状液体ナトリウムの、厚さ1cm長さ1mのステンレス板上での広がり挙動を、本手法を用いて計算した。仮にナトリウムおよびステンレスの熱伝導率や粘性を実際よりも大きな値を用いると、先端が凝固することにより、ナトリウムの広がりが抑制されるという結果が得られた。なお、本計算モデルは燃焼生成物の堆積挙動にも適用できる。表面張力の効果を取り入れるため、その粒子計算モデルを開発した。液面形状を描かずに粒子数密度から曲率など必要な微分幾何の諸量を計算するアルゴリズムとし、流体が分裂や合体をする場合にも適用できるようにした。エタノール液滴の振動の計算をおこない、従来のVOF法による結果と良い一致を得、モデルが妥当であることを示した。さらに、表面張力が卓越する場合の流体の広がり挙動を解析し、広がった流体が複数の液滴
鎌田 裕; 諫山 明彦; 及川 聡洋; 坂本 宜照; 細金 延幸; 竹永 秀信; 草間 義紀; 藤田 隆明; 竹治 智; 小関 隆久; et al.
Nuclear Fusion, 39(11Y), p.1845 - 1853, 1999/11
高
ELMy Hモードプラズマによる高総合性能の長時間維持を報告する。W型排気ダイバータへの改造により、高加熱パワー(20-25MW)の長時間(
9秒)入射が可能となった。最大加熱エネルギーは203MJに達する。圧力及び電流の空間分布を最適化し、加えてプラズマ断面形状の三角形度を上昇(
0.5)することで、高
安定性が改善された。プラズマ電流1.5MAでは、等価エネルギー増倍率Q
=0.16を4.5秒間維持した。この時、Hファクター2.2、規格化値1.9である。また、全電流の60-70%が非誘導電流駆動されている。低安全係数(q
~3)での定常限界も改善され、規格化値2.5~2.7を約3.5秒間維持することができた。これは、ITERの要求を満足する結果である。
中村 義輝; 石堀 郁夫; 荒川 和夫; 奈良 孝幸
Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.368 - 370, 1997/00
サイクロトロンなどの加速器における真空系内のビーム損失を評価するためには、様々なイオンの荷電変換断面積が必要となる。しかしながら、これまで各種イオンの幅広いエネルギー範囲や荷電状態について、系統的に求められているものは少ない。われわれは、エネルギー依存性の測定に好都合な原研AVFサイクロトロンを用い、これまで加速された各種の多価イオンについて、それらの荷電変換断面積を実験的に求めるとともに、さらに有効な経験式の探索も試みた。
土井 禎浩; 村松 壽晴
PNC TN9410 96-276, 49 Pages, 1996/09
配管内の流れは,様々な伝熱流動の中で最も基本的なものの一つであり,層流から乱流までの広い範囲で様々な実験や解析が行われて来ている。しかしながら,実際のプラントで見られる配管には,断面変化や曲り,分岐あるいは合流等が存在する。このため,個々に実験され,評価された解析手法を実際の配管の評価に適用するには,計算格子や計算時間等の解析に対する負荷が大きく,その評価は実験式に依存している場合が少なくない。本報告は,単相多次元コードAQUAにより実際の配管設計で見られる形状を模擬した解析を行い,同コードの配管内流れへの適用性を検討したものである。解析対象として,配管中に置かれた円柱に対する抗力,曲り管で生じる二次流れ,および縮流の円柱抗力に対する影響を取り上げ,既往研究との比較によりAQUAによる解析結果を評価した。配管中に置かれた円柱に対する抗力の計算では,流れに垂直に置かれた円柱の抗力をAQUAの圧力分布から求め,抗力係数を用いた計算式により求めらる抗力と比較した。その結果,円柱の摩擦抗力が小さく,円柱の後流領域の乱れが小さいような場合には,計算式から得られる抗力とAQUAによる結果は良い一致を示すことがわかった。曲り管を対象とした解析では,3回の曲りを有す る配管について二次流れの主流に及ぼす範囲をAQUAにより解析した。その結果曲り管から30d(d:管内径)の位置における二次流れの流速の主流流速に対する比は約4%と小さく,同位置では二次流れの影響はほとんど見られなかった。また縮流の計算では,容器底部に接続された配管内の流速分布と縮流が円柱抗力に及ぼす影響を検討した。容器と配管の直径の比が約0.2の本解析結果では, 容器と配管の接続部から2d(2d:管内径)の位置で縮流の影響は小さかった。
鎌田 裕; 芳野 隆治; 閨谷 譲; 佐藤 正泰; 徳田 伸二; 安積 正史; 竹治 智; 牛草 健吉; 福田 武司; 森 雅博; et al.
Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion, 38(8), p.1387 - 1391, 1996/08
被引用回数：45 パーセンタイル：78.98(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uで発生するELMの発生条件を述べる。閉じ込め性能を決定しているELMは、Giant ELMであり、系統的な解析の結果、高nバルーニングモードでトリガーされていると言える。その発生は、プラズマ周辺での局所的な圧力勾配の限界値到達によりもたらされる。この限界値改善には、電流分布制御及びプラズマ断面形状制御が有効である。特に、JT-60Uにおける高三角度運転では、ELMの発生する圧力限界を約1.5~2倍高めることに成功した。
佐藤 泰生*; 佐田富 道雄*; 川原 顕麿呂*
PNC TJ9614 94-001, 59 Pages, 1994/03
垂直気液二相流系におけるサブチャンネル間のクロスフローは、乱流混合、ボイド・ドリフト、および差圧混合の三つの成分から成るといわれている。このうち、各サブチャンネルにおける両相の流量が管軸方向に変化しない平衡流では、乱流混合のみが生じる。これに対し、非平衡流では、一般的には、これら三成分が共存した状態となる。本研究では、このような非平衡流について、管軸方向への流れの再配分過程に及ぼすサブチャンネル間差圧の影響を実験的に調査している。実験には直径16mmの二つの同一サブチュンネルからなる流路を使用し、これら二つに空気と水を不均一に導入することによって、サブチャンネル間に差圧のある場合とない場合のいくつかの非平衡流を実現した。そして、各サブチャンネルにおける管軸方向の空気と水の流量分布、ボイド率分布、片方のサブチャンネルに両相のトレーサーを注入した時の濃度分布のデータを、サブチャンネル管差圧分布のデータと共に得た。さらに、これらのデータを分布して、上述の三成分に対応する空気と水の横方向速度を求め、それらの速度に及ぼすサブチャンネル間差圧の影響を調べた。
大塚 英男; 米山 勝治*; 島田 太平
JAERI-M 93-051, 37 Pages, 1993/03
電子シンクロトロンの真空系を設計するにあたり、基本としておさえておくべき、必要真空度、ダクト中の圧力分布、放射光による温度上昇、渦電流による誤差磁場などの見積もり方法をまとめた。本報告では特に、簡便な手法を指向し、容易に一般への適用が可能であるよう留意した。実機を模擬したノーマルセル1セル分の真空系を製作し、真空性能の実証試験を行なった。その結果、設計に必要な種々の基礎データを得たばかりでなく、前記の見積もり方法が十分実用的であることが示された。
柴沼 清
真空, 34(8), p.645 - 652, 1991/00
任意3次元構造内の圧力分布を計算するためのモンテカルロ法を用いた解析手法を提案した。本手法は以下の2つの特徴をもつ。1)複雑形状の3次元構造物から構成された解析モデルは集合理論と座標変換により容易に構築できる。2)3次元構造物から成る解析モデル内の圧力は、粒子の軌道に影響を与えない仮想面を通過する粒子数を累積することにより計算できる。このモンテカルロ法による解析手法をJT-60NBI真空容器内の圧力分布の計算に適用し、実験結果と比較した結果、解析結果は実験結果と比較的良い一致を示した。これにより、本解析手法は任意3次元形状内の圧力分布を計算する手法として非常に有効であることが確認された。
奥村 義和; 秋場 真人; 小原 祥裕; 柴田 猛順
JAERI-M 9852, 41 Pages, 1981/12
中性粒子入射装置用高出力イオン源の圧力分布を測定し、水素ガスに対する加速電極のコンダクタンスを求めた。イオン源を動作させたい時のコンダクタンスは、電極が接近して置かれているために生じるガスのストリーミング効果を考雇すれば、通常の計算式から求めた値と良く一致する。イオン源動作時には、イオンビーム相当分のガス量はすみやかに輸送され、また、アーク放電によるガス温度の上昇のためコンダクタンスは10%程度増加する。得られた結果はJT-60用イオン源の設計に適用され、ガス流量について最適条件が求められた。
吉田 啓之; 上澤 伸一郎; 堀口 直樹; 阿部 豊*
no journal, ,
フィルタードベントのための機器の一つである、ベンチュリースクラバー(VS)においては、内外の圧力差により吸引した水によりVS内に気液二相流を形成し、効率的な除染を可能とする。したがって、VSの作動特性を把握するためには、気液二相流の影響を含め、VS内に形成される圧力分布を評価する必要がある。本報告では、圧力分布の解析的な評価の第一段階として、詳細二相流解析コードTPFITにより、気相単相を流動させたVS内に形成される圧力分布を評価し、実験と比較した。その結果、低気相流量の場合は喉部で圧力が最低となり、出口に向かって圧力が回復する結果が得られた。また、高気相流量の場合は、喉部よりも下流において圧力が最大となり、喉部の圧力は出口圧力と同等となった。これらの傾向は、実験結果と定性的,定量的に一致しており、TPFITの気相単相条件におけるVS内圧力分布評価に対する適用性を確認することができた。
堀口 直樹; 吉田 啓之; 金川 哲也*; 金子 暁子*; 阿部 豊*
no journal, ,
フィルタードベントのための機器の一つにベンチュリースクラバー(以下、VS)がある。フィルタードベント時に想定される汚染ガスの流入量は大きな幅を持ち、VSの喉部で音速に達する高速気流となる可能性がある。このような高速気流条件下においては、VS内部の気液二相流動の複雑化が示されており、これにより内部圧力分布が変化する。そこで本報告では、VS内可視化計測と圧力分布計測を行った。その結果、比較的低気相流量の場合、喉部で圧力が最低となるが、高気相流量においては、拡大部において圧力が最低となった。これらの結果から、高気相流量の場合、VS内部で超音速流が生じていることを確認することができた。また、低気相流量では、VS内部の二相流のクオリティは低く、拡大部における圧力変動が大きくなっており、二相流の影響により圧力分布が影響を受けることを確認することができた。
堀口 直樹; 吉田 啓之; 中尾 泰大*; 金川 哲也*; 金子 暁子*; 阿部 豊*
no journal, ,
本研究では、フィルター付きベントシステムのための機器の一つである、ベンチュリースクラバーの性能評価手法の構築及びこれに必要な評価式の構築を目的として、ベンチュリースクラバー内部流動の可視化計測実験や詳細な数値解析を実施している。本報では、二流体モデル解析コードACE-3Dを用いた1次元解析の妥当性を、詳細二相流解析コードTPFITを用いた3次元解析の結果及び既報の実験の結果との比較により検討した。その結果、多次元性に起因する差異は見られるものの、高気相流速の場合に発生する、衝撃波による急激な圧力上昇などを含めて、一次元解析により流れ方向の圧力分布が概ね妥当に予測できることを確認した。
