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杉原 健太; 小野寺 直幸; 井戸村 泰宏; 山下 晋
計算工学講演会論文集(CD-ROM), 27, 5 Pages, 2022/06
フェーズ・フィールド法は気液界面の追跡手法として様々な多相流問題に適用され、成功を収めている。しかしながら、フェーズ・フィールド法の精度は、問題に応じて経験的に調整されたハイパーパラメータに依存する。フェーズ・フィールド法は移流項の数値粘性と拡散・逆拡散項による界面修正のバランスによってシャープな界面を維持する。この点に着目し、界面移流の基本的な誤差解析を行うことによって非経験的に最適なハイパーパラメータを決定する手法を提案する。
鈴木 貴行; 吉田 啓之; 阿部 豊*; 金子 暁子*
Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 7 Pages, 2015/05
BWRの安全性向上のため、福島第一原子力発電所事故における炉内状況を把握することは必要であり、特に炉心溶融事故発生時の溶融燃料の流動挙動を評価することは重要である。溶融燃料が炉心下部から圧力容器下部に落下する際に形成される溶融ジェットの挙動は、BWR下部プレナムに存在する、制御棒案内管等の影響を受けることが予想される。そこで原子力機構では、溶融ジェット挙動について、複雑構造物の影響を含め評価できる解析手法を開発している。本研究では、原子力機構で開発中の詳細二相流解析コードTPFITを拡張することにより、複雑な構造物の影響を含めて溶融燃料落下挙動を評価できる解析手法を開発する。本報告では、TPFITをもとに開発中の解析手法を用い、模擬溶融物質の物性値が溶融ジェット挙動に与える影響について評価した。その結果、模擬物質の物性値のうち密度及び表面張力が、溶融ジェットの微粒化挙動に対して最も大きな影響を与えることが分かった。
高瀬 和之; 吉田 啓之; 秋本 肇; 小瀬 裕男*
日本混相流学会年会講演会2005講演論文集, p.231 - 232, 2005/08
日本原子力研究所では、シミュレーションを主体とした先進的な炉心熱設計手法を確立し、効率的な新型炉開発を図ることを目的として、気液界面構造を詳細にとらえることができる新しい二相流直接解析手法の開発を行っている。地球シミュレータ等のスパコンを利用した大規模シミュレーションによって、原子炉燃料集合体内の水-蒸気二相流の3次元分布を従来手法よりも詳細に予測できることを一連の解析結果から明らかにした。
高瀬 和之; 小瀬 裕男*; 吉田 啓之; 秋本 肇; 青木 尊之*
可視化情報学会誌, 25(Suppl.1), p.435 - 436, 2005/07
著者らは過渡的な界面構造を正確にとらえることができる界面追跡法を利用した二相流解析コードの開発を行っている。本報では革新的水冷却炉の炉心燃料チャンネルを流れる水-蒸気系気泡流を対象にして行った大規模シミュレーションの結果を可視的に検討した結果について述べる。具体的には、燃料チャンネルを模擬した一辺2mmの正方断面を有する矩形ダクト内に500個以上のマイクロバブルが存在する場合の気泡流解析を行い、微細な気泡は下流へと移行しながら合体し、次第に大きな気泡が形成される。その結果、気泡の合体により気液界面が大きく変形し、それに伴って発生する気泡周囲の流体の複雑な速度分布が気泡の合体をより促進させている、ことを明らかにした。
吉田 啓之; 小瀬 裕男*; 呉田 昌俊*; 永吉 拓至*; 高瀬 和之; 秋本 肇
日本原子力学会和文論文誌, 4(2), p.106 - 114, 2005/06
原子炉の熱設計においては実験により得られた各種の構成式を含む解析コードが用いられるが、超高燃焼水冷却増殖炉などで用いられる高稠密炉心への構成式の適用性は十分には確認されていない。そこで、原子炉熱設計における"Design by Analysis"の確立を目指し、炉心内気液二相流の数値シミュレーション手法を開発している。この本手法開発では、炉心内の流体混合挙動等を詳細に解析可能な解析手法を開発している。本研究では、この一環として、稠密炉心内等の二相流を高精度に解析するため、高い体積保存性を有する界面追跡法の開発及び検証を実施している。本報では、大規模解析を現実的な時間で可能とするため、TPFITコードのベクトル化及び並列化を実施した。ベクトル並列化したTPFITコードを稠密炉心内二相流の解析に適用し、中性子ラジオグラフィにより観察されたボイド率分布と同様の結果が得られることを確認した。
吉田 啓之; 永吉 拓至*; 小瀬 裕男*; 高瀬 和之; 秋本 肇
日本原子力学会和文論文誌, 4(1), p.25 - 31, 2005/03
原研で開発している超高燃焼水冷却増殖炉では高稠密炉心が用いられるが、原子炉熱設計で使用される構成式の高稠密炉心への適用性は十分には確認されていない。そこで原子炉熱設計におけるDesign by Analysisの確立を目指し、炉心内二相流の数値シミュレーション技術を開発している。本研究では、この一環として、稠密炉心内二相流を高精度に解析するため、高い体積保存性を有する界面追跡法の開発及び検証を実施している。本報では、開発した界面追跡法を用いた二相流詳細解析コードTPFITの検証作業の一環として、傾斜平板上液膜流解析を実施し既存実験と比較した。その結果、液膜厚さの時間平均値は、Nusseltの理論値と一致し、液膜厚さの最大値及び統計量も実験とよく一致することを確認した。また液膜内速度分布も、解析は実験と定性的に一致しており、TPFITコードにより、液膜流を解析できる見通しが得られた。
永吉 拓至*; 吉田 啓之; 大貫 晃; 秋本 肇
日本原子力学会和文論文誌, 4(1), p.16 - 24, 2005/03
稠密格子燃料集合体内の気液二相流の流体混合現象のシミュレートを目指し、改良界面追跡法を用いた気液二相流解析コードTPFITを開発した。TPFITの検証作業の一環として、大気圧・水-空気を用いた2チャンネル流体混合実験の解析に適用し、チャンネル間のクロスフローによる単一スラグの変形・分裂挙動やチャンネル間差圧の時間変化を比較した。その結果、スラグ上昇速度を過小評価する傾向はあるが、クロスフローによるスラグの変形・分裂挙動をTPFITが良好に予測できることを確認した。水と流路内壁との接触角など気液界面と流路壁面との相互作用の取り扱いに検討の余地が残るが、TPFITが狭隘ギャップを介した気液二相の流体混合挙動を予測できる見通しを得た。
吉田 啓之; 永吉 拓至*; 玉井 秀定; 高瀬 和之; 秋本 肇
Proceedings of 4th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-4), p.264 - 269, 2004/12
稠密燃料集合体内の二相流挙動を解明するために、界面追跡法による二相流解析コードを開発している。本解析コードでは、座標系としてデカルト座標系を用いている。燃料集合体内には円筒である燃料棒やスペーサなどが存在するため、燃料集合体内の二相流の流路は非常に複雑な形状をしている。このため、解析においては複雑形状を直方体の計算セルで分割する必要がある。そこで本研究では、解析コードの複雑体系への適用性を確認するため、燃料集合体を模擬した体系内の単一気泡挙動についての解析を実施し、既存の実験結果と比較した。その結果、実験で見られた気泡のらせんあるいはジグザグ運動が解析により再現され、また、気泡の上昇速度などについても実験と一致する結果が得られた。
鈴木 貴行; 吉田 啓之; 阿部 豊*; 金子 暁子*
no journal, ,
福島第一原子力発電所事故における炉内状況を把握するためには、炉心溶融事故発生時の溶融燃料の流動挙動を評価する必要がある。溶融燃料が炉心下部から圧力容器下部に落下する際に形成される溶融ジェットの挙動は、BWR下部プレナムに存在する制御棒案内管等の複雑構造物の影響を受けることが予想される。そこで、原子力機構では、溶融ジェット挙動について、複雑構造物の影響を含め評価できる解析手法を原子力機構で開発中の詳細二相流解析コードTPFITを改良および拡張することにより開発している。本報告では、改良および拡張したTPFITをBWR下部プレナム構造物を模擬した実験体系に適用し、模擬溶融燃料の物性値がジェットブレイクアップ現象に与える影響について評価した結果について報告する。
鈴木 貴行; 吉田 啓之; 阿部 豊*; 金子 暁子*
no journal, ,
福島第一原子力発電所事故における炉内状況を把握するためには、炉心溶融事故発生時の溶融燃料の流動挙動を評価する必要がある。溶融燃料が炉心下部から圧力容器下部に落下する際に形成される溶融ジェットの挙動は、BWR下部プレナムに存在する制御棒案内管等の複雑構造物の影響を受けることが予想される。そこで、原子力機構では、溶融ジェット挙動について、複雑構造物の影響を含め評価できる解析手法を、詳細二相流解析コードTPFITを拡張することにより開発している。本報告では、溶融ジェット挙動を詳細に把握するため、高空間解像度解析を実施した。その結果、溶融ジェットの界面形状および周囲速度場をより詳細に評価できる見通しが得られた。発表では界面形状や速度場等の解析結果と実験結果とを比較、検討した結果について報告する。
伊藤 啓; 功刀 資彰*; 大島 宏之
no journal, ,
ナトリウム冷却炉におけるガス巻込み現象を直接再現することを目的として、複雑な形状の体系に適用できる非構造格子を用いた数値解析手法の開発を進めている。本発表では、解析手法の検証を行うため、Manufactured Solutionの構築を試解析を行った結果について報告する。
伊藤 啓; 小泉 安郎*; 大島 宏之; 河村 拓己*
no journal, ,
ナトリウム冷却高速炉におけるガス巻込み現象を解析対象として、界面追跡法による高精度CFDコードの開発を行っている。高速炉ガス巻込み現象は、自由液面渦の中心線に沿った界面のくぼみ(ガスコア)およびガスコア先端からの気泡千切れによって特徴づけられる。解析精度向上のため、気液界面形状(界面勾配・曲率)や気液界面における力学的バランスを正確にモデル化した物理ベース手法を開発しており、本発表では、ガス巻込み基礎試験を対象とした検証解析を行うことで、気泡千切れ挙動やガス巻込み量を再現できることを示す。
4模擬燃料集合体内二相流動解析小野 綾子; 永武 拓; 鈴木 貴行*; 吉田 啓之
no journal, ,
軽水炉燃料の最適設計及び安全性評価では、機構論的限界熱流束(Critical Heat Flux: CHF)予測評価手法の確立が望まれる。原子力機構では、機構論的CHF予測に必要となる燃料集合体内の沸騰気泡流動挙動を予測するための詳細二相流解析手法の構築を目指している。本研究では、詳細二相流解析コードTPFITを用いたバンドル内二相流挙動に関する解析手法を整備するために、原子力機構で実施している44バンドル内の気泡流を対象とした数値解析を実施した。TPFITをバンドル内気泡流挙動のシミュレーションに適用できることを確認した。
小野 綾子; 山下 晋; 鈴木 貴行*; 吉田 啓之
no journal, ,
原子力機構では、軽水炉燃料の安全性評価において必須である限界熱流束の評価において、新型燃料設計にかかわる大型モックアップ試験によるコストの削減や、想定外事象に対応するためにモックアップ試験の試験範囲よりも幅広い範囲において、限界熱流束を機構論に基づき評価する研究に着手している。本研究では、軽水炉燃料集合体と同程度の長さで44バンドルにおいて、機構論的流動解析手法であるJUPITERを用いて二相流動の解析を実施し、既存で報告されているバンドル内の気液二相流の可視化研究をもとに、解析手法の妥当性の検討、および課題の抽出を行った結果を報告する。
4バンドル内における詳細二相流動解析小野 綾子; 山下 晋; 鈴木 貴行*; 吉田 啓之
no journal, ,
原子力機構では、過渡事象における詳細な炉内出力分布の予測を行うことにより燃料設計最適化や安全性向上を図ることを目的とし、3次元詳細核熱カップリングコードの開発に着手している。その中で、熱流動評価を行うコードの候補の一つとしてVOF法に基づいた詳細熱流動解析コードJUPITERを炉内二相流挙動解析のために適用することを検討している。本研究では、スペーサグリッド付きの44バンドルにおいて、機構論的流動解析手法であるJUPITERを用いて二相流動の解析を実施し、スペーサが引き起こす複雑な流動挙動が再現性について既往研究をもとに検討する他、同体系の二相流挙動について解析を試みた結果について報告する。
杉原 健太; 小野寺 直幸; 井戸村 泰宏; 山下 晋
no journal, ,
原子力機構では過酷事故時における原子炉内溶融物の移行挙動解析のために多相多成分熱流動解析コードJUPITERの開発を進めている。現在、JUPITERコードではTHINC/WLIC法という高精度な界面追跡法を採用しているが界面から微小な流体率が剥がれるという問題を抱えているため、保存型Allen-Cahn方程式というPhase-Field法を界面追跡法として代わりに適用することを検討している。3次元の液滴振動問題の振動周波数と減衰率を理論解と比較することで、適切なPhase-Fieldパラメータを検討する。
