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武田 哲明
日本機械学会第8回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集, p.199 - 202, 2002/00
周囲から加熱される水平円管流路内に銅線を挿入して空気の強制対流により冷却する場合の熱伝達と圧力損失特性を実験的に調べるとともに、高空隙率多孔体を挿入した水蒸気改質器の性能及び構造の検討を行った。その結果、200
以下の低温条件下でも平滑円管の場合に比べて熱伝達率は約1.5倍に増大した。一方,摩擦係数も8倍程度増大したが、加熱壁温度の上昇に伴って、伝熱促進効果は増大する傾向にあることを確認し、高温域では放射伝熱により更なる伝熱促進が得られるため、従来の伝熱性能を低下させずにコンパクトな熱交換器の開発が可能であるとの見通しを得た。
林 和範; 加納 茂機
PNC TN9410 98-049, 55 Pages, 1998/03
高速炉の中間熱交換器等の大型重量機器のサポート構造部を、熱応力を回避するスライド型サポート構造とすることの可能性を考え、スライド部に適用可能と考えられるセラミックス材料および超硬材料について、常温大気中および高温窒素雰囲気中での低速のトライボロジー試験を行い摩擦特性の調査を行った。その結果、1)常温大気中での低速の摺動において、セラミックスおよび超硬合金はステンレスよりも低い摩擦係数を示すこと、表面あらさが大きいと摩擦抵抗が大きいこと、ラップ仕上面では炭化ケイ素同士の組み合わせが低い摩擦係数を示すことが確認された。2)同種材料での相対変位速度を変えて行った摩擦試験から、セラミックスおよび超硬合金は、ステンレスに比して広範な速度域で安定に低い摩擦係数を示すこと、セラミックスの中でもPSZが最も小さい摩擦係数を示すこと、また炭化ケイ素はどの相対変位速度でも安定した摩擦係数を示すことが明らかとなった。3)高温窒素雰囲気中ではステンレス同士の摩擦係数は1より大きくなるのに対し、セラミックス(炭化ケイ素,窒化ケイ素)同士では常温大気中とほとんど変わらない摩擦係数を示すことが明らかとなった。4)高温窒素雰囲気中の往復摺動試験においても、ステンレスの摩擦係数は1より大きい値を持続するのに対し、セラミックスでは欠けに代表されるような激しい損傷が発生してもこのような大きな摩擦係数には達しないことが明らかとなった。
高瀬 和之
Nuclear Technology, 118(2), p.175 - 185, 1997/05
被引用回数：5 パーセンタイル：42.84(Nuclear Science & Technology)スペーサリブ付き環状燃料チャンネルの乱流熱伝達特性を、実験的及び数値解析的に調べた。実験は、最高温度1000
C、圧力4MPaのヘリウムガス条件下で実施され、熱伝達率、摩擦係数、圧力損失、流路内外面温度等の各分布が定量評価された。一方、乱流計算には従来から実績のあるk-
2方程式モデルを使用した。著者はすでに層流域並びにレイノルズ数が5000以上の乱流域に対して、熱伝達率と摩擦係数の各実験結果と15%以内の誤差で一致する解析を得ている。今回は特に、k-モデル定数の1つであるCu値並びに乱流プラントル数を見直すことにより、数値的に十分な精度で予測できるレイノルズ数範囲を3000にまで低下させることに成功した。本研究により、スペーサリブ付き環状流路の伝熱性能を数値解析的に十分評価できる見通しが得られた。
高瀬 和之
Experimental Thermal and Fluid Science, 13(2), p.142 - 151, 1996/08
被引用回数：8 パーセンタイル：49.95(Thermodynamics)高温高圧条件のもとで3次元または2次元突起を有する環状流路の熱流動特性を調べた。3次元突起を有する環状流路の熱伝達率と摩擦係数は、平滑環状流路の値に比べてそれぞれ乱流域では23%、26%、層流域では21%、17%増加した。熱伝達率と摩擦係数が増加した主な理由として、従来考えられていた3次元突起による伝熱促進効果に加えて流路断面縮小による加速流の影響が無視できないことを実験的に明らかにした。一方、2次元突起を有する環状流路の熱伝達率と摩擦係数は、3次元突起のそれぞれの値に比べて乱流域では50%以上増加するものの、遷移域から層流域にかけては3次元突起の値を下回り、むしろ平滑環状流路の値に近づく結果が得られた。本研究により、この現状は流路の壁面粗さと粘性底層の関係から説明できることが分かった。さらに、2次元突起の伝熱性能は3次元突起の場合に比べて、本実験の範囲では流量一定の条件では約50%、ポンプ動力一定の条件でも約30%以上向上することを確認した。
高瀬 和之; 秋野 詔夫
JAERI-Research 96-031, 24 Pages, 1996/06
JAERI-Research-96-031.pdf:0.94MB
ピン・イン・ブロック型高温ガス炉で使用される3次元スペーサリブ付き環状燃料チャンネルの伝熱流動特性を、レイノルズ数が3000以上の十分に発達した乱流条件下で3次元熱流動計算を行って数値的に解析した。乱流計算には、従来から実績のある
-2方程式乱流モデルを使用した。筆者らはすでに、レイノルズ数が5000以上の乱流域に対して、熱伝達率と摩擦係数の各実験結果と15%以内の誤差で一致する解析結果を得ている。今回は、-乱流モデル定数と乱流プラントル数をJonesとLaunderによって提唱された標準値から改良した。その結果、数値的に十分な精度で熱伝達率と摩擦係数を予測できるレイノルズ数範囲を5000から3000に低下させることに成功した。本研究により、高温ガス炉の定格運転条件である3000以上のレイノルズ数領域における炉心熱設計を数値解析的に十分評価できる見通しが得られた。
辻 義之*; 伊藤 和宏*; 田坂 完二*; 中村 秀夫; 久木田 豊
Gas Liquid Flows 1995 (FED-225), 0, p.39 - 45, 1995/00
水平ダクト装置(0.1m幅、0.19m高、12m長)を用いた水/空気二相流実験を行い、波状流における気液界面摩擦係数につき調べ、水位データの統計量との関係付けを行った。流路内の定常水位と1次元運動方程式の解析結果を比較し、界面摩擦係数の流れ方向の変化を求めたところ、流路入口で大きく増加し、流路中央付近でほぼ一定値となることがわかった。一方、水位データの4次モーメント(flatness)は、界面摩擦係数が一定値に近づいた地点付近で最大値をとることが分かった。更に、線形界面波の理論式との比較から、この地点付近で波が不安定となり、下流で安定化することが分かった。
高瀬 和之; 秋野 詔夫
Proc. of the 30th Intersociety Energy Conversion Engineering Conf., 0, P. 95_169, 1995/00
HTTRのようなピン・イン・ブロック型燃料体の場合、冷却材であるヘリウムガスは燃料棒外径と冷却孔内径とで構成される燃料チャンネルを下向きに流れながら加熱される。燃料チャンネルは等価直径が10mm以下の環状流路で、燃料棒と冷却孔とのクリアランスを一定に保つために燃料棒外表面にはスペーサリブと呼ばれる突起が設けられている。本研究はスペーサリブを有する環状燃料チャンネルに対して、3次元乱流解析を行って燃料チャンネルの熱流動特性を数値的に評価したものである。数値予測した燃料チャンネルの熱伝達率や摩擦係数はHENDELにおける従来の実験結果と15%以内の誤差で一致し、本解析で得た数値データは十分な精度で実現象を模擬しているものと考えられた。本研究で明らかにしたスペーサリブ周りの局所の熱伝達率や乱流エネルギー分布等を通して、粗面付き環状流路の伝熱促進機構の解明に大きな成果を得ることができた。
M.E.Kab*; 早船 浩樹
PNC TN9410 92-018, 58 Pages, 1992/01
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小川 益郎
JAERI 1318, 44 Pages, 1989/07
高温ガス炉の熱水力設計では、過去に十分な研究の行われていない、(1)遷移域の流れ、(2)物性値の変化する流れ、(3)熱伝達の劣化する流れ、における伝熱流動特性を把握する必要がある。そこで、円管内ガス流れを対象として、遷移域における流路入口形状と遷移レイノルズ数の関係及び遷移域の摩擦係数と熱伝達率について調べた。また、層流と乱流における摩擦係数に対して、従来統一性のなかった物性値変化の影響について整理式を与えた。さらに、高熱負荷を受けた乱流の熱伝達劣化については、その原因が層流化であることを実験的に立証し、層流化過程での伝熱流動特性を明らかにした。合わせて、k-kL2方程式乱流モデルによる解析が、層流化する流れをも含めた物性値が変化する流れの伝熱流動に関する本実験結果を良く再現することを示した。
二川 正敏; 菊地 賢司; 武藤 康
日本原子力学会誌, 29(4), p.310 - 318, 1987/04
被引用回数：0 パーセンタイル：0.02(Nuclear Science & Technology)VHTR炉床部構造試験体を傾斜させて、炉心拘束機構の拘束力及び漏れ流量の変化について試験を行った。傾斜時に発生する力は静的水平地震荷重を模擬している。また、傾斜による炉床部構造試験体の挙動を簡易ブロック群の滑りモデルによって解析し、黒鉛ブロック群同士及び黒鉛ブロック群と鋼板間の見掛けの摩擦係数を実測値と比較,検討した。その結果、次のような結論を得た。(1)炉心拘束機構の拘束力の変化量は、20度まで傾斜した後にゼロに復元しなかった。また、繰り返し傾斜による変化量の増加はなかった。(2)簡易ブロック群の滑りモデルによって得られた見掛けの摩擦係数は、黒鉛ブロック群同士が0.10,黒鉛ブロック群と鋼板間が0.19であった。(3)傾斜による漏れ流量の変化は、ほとんどなかった。
小川 益郎; 秋野 詔夫; 椎名 保顕; 藤村 薫; 武田 哲明; 江森 恒一; 大内 光男; 河村 洋; 菱田 誠
Journal of Nuclear Science and Technology, 24(1), p.75 - 83, 1987/01
被引用回数：1 パーセンタイル：19.35(Nuclear Science & Technology)高温ガス炉(VHTR)の制御棒流路における冷却材流れの流量配分と総圧力損失に関する流動特性について、実験と解析を行った。実験では、常温のヘリウムガスを用いて、ガラス圧を0.42MPa以下、総質量流量を0.005kg/Sから0.05kg/Sの範囲で変えた。制御棒流路の圧力損失と流量を測定した。解析では、制御棒の内側、外側、間隙の各流路に対して、一次元管路網モデルを用いた数値計算を行った。解析結果は、制御棒流路の冷却材流れの流量配分及び総圧力損失に関する実験結果と良く一致した。
大貫 晃; 安達 公道
日本機械学会論文集,B, 53(490), p.1685 - 1690, 1987/00
加圧水型軽水炉事故時の圧力容器と蒸気発生器とを結ぶホットレグ内の流動を予測する上で重要な問題である傾斜管付き水平管内気液対向二相流制限のうち、水平管から下部容器へ落水を開始する直前の気相流速(落水開始気相流速)の予測に包絡線モデルを適用し、次の結論を得た。 (1)落水制限がベンド部(水平管と傾斜管との結合部)側水平管内で起こる場合、水平管内の平均的な気液相関摩擦係数fiとしてKimらの値0.021を採用すると、同モデルにより落水制限部でのボイド率および落水開始気相流速が予測できた。 (2)落水制限がベンド部側傾斜管内で起こる場合、落水制限部でのfiとして0.5を仮定すると、同モデルにより落水制限部でのボイド率および落水開始気相流速が予測できた。
高瀬 和之; 丸山 創; 日野 竜太郎; 菱田 誠; 井沢 直樹; 下村 寛昭
日本原子力学会誌, 28(5), p.428 - 435, 1986/00
被引用回数：4 パーセンタイル：48.02(Nuclear Science & Technology)多目的高温ガス実験炉(VHTR)の炉心燃料体を実寸規模で模擬した燃料体スタック実証試験部(T
)を用いて、実験炉と同等の高温高圧のHeガスの条件のもとで、伝熱流動試験が行われている。本報は、燃料体スタック実証試験部のうちの1チャンネル試験装置で得られた試験結果について報告するものである。試験条件は流路入口で290~620K、0.4~4.0MPa、発熱量は最大90kW、環状流路の内外径比は0.865である。また、使用した模擬燃料棒は、軸方向に一様な発熱分布を有している。本試験の結果、模擬燃料棒の摩擦計数と熱伝達率は、平滑環状流路の値に比べてそれぞれ約20%、約15~60%高い値を示した。この原因としては、模擬燃料棒の表面に取り付けたスペーサ・リブの効果によるものと考えられる。
小川 益郎; 河村 洋
日本機械学会論文集,B, 52(477), p.2164 - 2169, 1986/00
現在、日本原子力研究所で研究開発中の多目的高温ガス実験炉(VHTR)では、ヘリウムガス一次冷却材流れのレイノルズ数が、炉心出口で3700~10000と極めて低く設計されている。このため、安全性の観点からも、遷移域における冷却材流れの熱流力特性に関するデータを蓄積する必要がある。しかしながら、遷移域の摩擦計数や熱伝達率のような設計に直接必要となる諸量を流れの間欠性との関連において調べた研究は少ない。そこで、本研究では、円管内ガス流の遷移域における摩擦計数と熱伝達率を測定し、これらと間欠因子の関係に及ぼす入口形状の影響を調べ、これらのデータをVHTRの設計に役立てることを目的とした。実験の結果、遷移域の上・下限のレイノルズ数が実験から与えられれば、既存の整理式は、摩擦係数や熱伝達率と間欠因子に関する実験結果をほぼ良く整理できることが分かった。
):1チャンネル試験装置の試験結果; 第1報,軸方向に一様発熱分布を有する場合高瀬 和之; 丸山 創; 日野 竜太郎; 菱田 誠; 井沢 直樹; 田中 利幸; 下村 寛昭
JAERI-M 85-084, 41 Pages, 1985/06
多目的高温ガス実験炉(VHTR)の炉心燃料体を実寸規模で模擬した燃料体スタック実証試験部(T)では、実験炉と同等の高温高圧のHeガスの条件のもとで伝熱流動試験を実施している。本報は、燃料体スタック実証試験部のうちの1チャンネル試験装置で得られた試験結果を整理したものである。試験条件は、入口温度290~620K、入口圧力0.4~4.0MPa、流量1.0~44g/s、発熱量は90kWである。また、使用した模擬燃料棒は、軸方向に一様な発熱分布を有している。本試験の結果、模擬燃料棒の摩擦係数と熱伝達率は、レイノルズ数が2,000以上の範囲では平滑環状流路の値に比べて、それぞれ約20%、約15~60%高い値を示した。この原因としては、模擬燃料棒の表面に設置してあるスペーサ・リブが乱流促進体として有効に作用していると考えられる。
二川 正敏; 菊地 賢司
JAERI-M 85-054, 16 Pages, 1985/04
静的水平地震荷重を模擬したVHTR炉心構造試験体の傾斜試験によって,炉心拘束幾構の拘束力の変化重を調べた。更に、傾斜時の炉床部構造物の挙動を簡易ブロック群の滑りモデルによって解析した。また、黒鉛同士及び黒鉛と鋼間の見掛けの摩擦係数を摩擦係数測定試験結果と比較、検討した。その結果、次のような結論を得た。(1)炉心拘束機構の拘束力の変化量は、傾斜後ゼロに戻らない。(2)見掛けの摩擦係数は、大気中で黒鉛同士が0.10、黒鉛と鋼間が0.19となった。
菊地 賢司; 蕪木 英雄; 佐野川 好母; 川口 勝之*; 根本 政明*; 渡辺 真太郎*
Nuclear Technology, 66, p.491 - 502, 1984/00
被引用回数：4 パーセンタイル：45.52(Nuclear Science & Technology)VHTRでは、燃料ブロック、制御棒シース、炉心支持板、高温配管、IHX伝熱管などの構成要素が、高温高圧ヘリウムガス雰囲気下で、流体振動、原子炉の起動停止に伴なう熱膨張、地震力により相対摺動を起こす。そのため、摺動部材であるハステロイX-R、2 1/4Cr-1M
鋼、PGX黒鉛のトライボロジー特性に及ぼすヘリウムガス中の不純物ガス(O
,HO,H,CH
)の影響を調べた。試験温度は500~1000C、圧力は1~40atg、不純物ガス濃度は~10
vpmである。その結果、ハステロイX-R同士の摺動では一般に凝着が生じたが、高いO濃度ではそれが回避される傾向にあり、低摩擦係数~0.3が得られた。カロライズコーティングされたハステロイX-Rと黒鉛では、不純物ガスの影響がみられず低摩擦係数~0.1が得られた。2 1/4Cr-1M鋼と黒鉛ではO濃度が高いほど、大きな摩擦係数が得られた。
佐藤 貞夫; 宮本 喜晟
JAERI-M 7059, 57 Pages, 1977/04
DREAM-FLOWコードは、ピン・イン・ブロック型燃料を用いた高温ガス炉炉心の流れの遷移域における摩擦係数のばらつきに注目した多並列流路モデルによる流量の誤差評価を目的に開発したものである。本コードは、計算手段としてモンテカルロ法を適用し、流れが遷移状態である場合の摩擦係数に対して乱数を発生させ、この統計的性質を仮定した上で流量の誤差評価を行っている。本コードの使用によって摩擦係数のばらつきによる冷却材流量とそれに伴う燃料最高温度の統計的性質が明らかにできる。本報告書はこのコードの計算モデルと計算方法ならびに使用方法について解説したものである。DREAM-FLOWコードはFACOM230-75用FORTRAN-IVで書かれており、所要記憶容量は125K語である。
河村 洋
JAERI-M 6598, 28 Pages, 1976/06
GCFRをはじめとする原子炉の安全解析においては、管摩擦係数や熱伝達率の値は、非定常状態においても定常値に等しいと仮定される。本報では、この準定常仮定の妥当性を検討し、GCFRの過渡状態の解析にあたっては、管摩擦係数や熱伝達率の定常値が近似的に適用できることを示した。本報は、昭和51年3月のGCFR安全性専門家会議における報告を、一般の検討に供するものである。
中村 美咲*; 湯川 正貴*; 平山 智之*; 宮川 高行*; 山本 智彦; 宮崎 真之; 深沢 剛司*
no journal, ,
摺動材の摩擦特性として、良好な摺動性が得られ、その摩擦力は3次元免震装置として十分小さいことが確認できたことを報告する。
中村 美咲*; 湯川 正貴*; 平山 智之*; 内田 昌人*; 山本 智彦; 宮崎 真之; 渡壁 智祥; 深沢 剛司*
no journal, ,
2021年度からサイズアップした摺動材の摩擦特性として、良好な摺動性が得られ、その摩擦力は3次元免震装置として十分小さいことが確認できたことを報告する。
