Role of advection in atmospheric ammonia; A Case study at a Japanese lake basin influenced by agricultural ammonia sources

久保田 智大; 黒田 久雄*; 渡邊 未来*; 高橋 晃子*; 中里 亮治*; 樽井 美香*; 松本 俊一*; 中川 圭太*; 沼田 康子*; 大内 孝雄*; et al.

Atmospheric Environment, 243, p.117856_1 - 117856_9, 2020/12

https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2020.117856

大気アンモニア(NH)の乾性沈着は水圏生態系への窒素負荷経路の1つである。アジア諸国におけるNHの最大の排出源の一つである農業・畜産は、NH濃度の空間的及び季節的変動を引き起こし、乾性及び湿性沈着により湖沼流域へ影響を与えることが知られている。しかし、観測ネットワークの不足から、流域スケールでのNH濃度の空間分布はよく知られていない。本稿では、農業・畜産が盛んな流域(霞ヶ浦流域)でのNH濃度の空間的及び季節的変動の支配的要因を明らかにすることを目的とした。観測は2018年10月10日から2020年1月14日まで、合計36地点で行った。観測期間中の平均NH濃度は、農用地,湖,住宅地,森林の順に高かった。畜舎近傍で観測されたNH濃度は夏季より冬季の方が高く、気温に依存する揮発プロセスに基づくNH排出量の季節変化と異なった。農用地や湖のNH濃度と気象要素との比較から、排出源からのNHの移流の季節変化の重要性が示唆された。湖上のNHの乾性沈着量を推定したところ、全窒素の湿性沈着量を上回る可能性がある。湖への乾性沈着は植物プランクトンの増殖プロセスに関連することが知られており、水圏生態系の管理を行う上でNHの移流を考慮するべきである。

ルンゲクッタ時間積分を用いた局所補間微分オペレータ(IDO)法による双曲型方程式解法の計算精度と数値安定性の向上

吉田 浩*; 青木 尊之*; 内海 隆行*

電子情報通信学会論文誌, A, 86(3), p.223 - 231, 2003/03

https://ci.nii.ac.jp/naid/110003311635

固体ターゲットへのレーザー照射に伴うプラズマ流体運動を数値的に解析するためには、高精度かつ安定的な数値解析手法の開発が必要である。プラズマ流体運動の連続体モデルは双曲型偏微分方程式で表され、この数値解法として局所補間微分オペレーター法(IDO)が提案されてきた。従来のIDO法では従属変数の時間積分をテーラー展開で行い時間微分を空間微分で置き換える方法をとってきた。しかし、この方法では補間関数の次数に時間精度が制限されるだけでなく多次元問題では計算の煩雑さから補間関数の持つ空間精度が十分に出ないということがおこる。また、数値安定性の面でもCFL数による安定領域は狭い。そこで、本論文では、空間・時間精度の確保を図るためにルンゲクッタ法による時間積分を適用することを提案する。結果として、多次元の場合についてルンゲクッタ法はテーラー展開より高い精度,安定性を得ることができ、有効性を確認した。

多次元ナトリウム燃焼解析コードAQUA-SFの開発と検証

高田 孝; 山口 彰

JNC TN9400 2000-065, 152 Pages, 2000/06

JNC-TN9400-2000-065.pdf:6.26MB
JNC-TN9400-2000-065(errata).pdf:0.12MB

液体ナトリウムを冷却材としている高速増殖炉において、ナトリウム漏えい時のナトリウム燃焼が構造物等へ及ぼす影響を評価することは重要である。しかしながら従来の数値解析では、大きな空間を平均化した一点近似モデル(zoneモデル)が主流であり、燃焼現象に於けるガス温度、ガス成分各種の空間的な分布が及ぼす影響についての評価はなされていない。このため、ナトリウム燃焼現象について多次元効果を考慮して機構論的に解析することを目的とし、多次元ナトリウム燃焼解析コードAQUA-SF(Advanced simulation using Quadratic Upstream differencing Algorithm-Sodium Fire version)を開発した。本コードは完全陰解法であるSIMPLEST-ANL法を用いた単相伝熱流動解析コードAQUAをベースとし、スプレイ燃焼、フレームシート燃焼、ガス輻射、多成分ガス移流・拡散、圧縮性等の燃焼に必要な各モデルを組み込んでいる。なお計算スキームとして、空間項についてはBounded QUICK法を、時間項についてはBounded3点陰解法を組み込んでいる。また開発されたAQUA-SFコードを用い、以下に示すナトリウム燃焼実験の検証解析を実施した。・プール燃焼実験(RUN-D1)・スプレイ燃焼実験(RUN-E1)・漏えい燃焼実験(ナトリウム漏えい燃焼実験-II)・小規模漏えい燃焼実験(RUN-F7-1)いずれの検証解析に於いても、実験をほぼ再現しており、AQUA-SFコードの妥当性が確認された。

探索型性能評価ツールの統合・最適化

小山田 潔*

JNC TJ1440 99-001, 82 Pages, 1999/03

JNC-TJ1440-99-001.pdf:2.52MB

シャドウモデルの手法を用いた探索型システム性能評価の方法論は、環境シミュレーションによるシナリオ作成法の一つであるということができる。そして、探素型システム性能評価では、こうしたシミユレーション法の特徴を最大眼に活かすために、シヤドウモデルという概念を用いる。シヤドウモデルは、通常の物理的なモデルとは異なり、ある現象についての特定の概念化や数式化のための特殊な仮定に対応するものではない。代わりに、シャドウモデルでは、幅広い可能性のうち未だ否定されていないすべての選択肢を網羅することを目標とする。また、シャドウモデルはこの様名幅広い選択肢の集合に基軸を導入することにより、膨大な数になりがちな選択肢群をパラメータ化して体系的に管理、活用することを可能とする。これらの措置により、性能評価に通常含まれる種々のタイプの不確実性(シナリオ不確実性、概念モデル不確実性、数学モデル不確実性及びパラメータ不確実性)を一つの共通的な不確実性解析及び感度解析のフレームワークのもとで取り扱うことが可能となる。本研究は、これまで個別に開発されてきたために手法及びソフトウエアが必ずしも整含的ではない人工バリア内並びにニアフィールド母岩領域の探索型性能評価ツールを見直し、統一的な方法論とソフトウエアに統合することを日標として実施したものである。具体的な実施内容は以下の通りである。1.人工バリア内並びにニアフィールド母岩領域における個別の探索型牲能評価ツールの統合、量適化2.統合、最適化された探索型「性能評価ツールの検証3.統合、最適化された探索型性能評価ツールのインストール及び動作確認

不均質媒体中の物質移動解析手法及びFP元素の移行挙動に関する研究(研究概要)

高瀬 博康*; IMPEY*; EINCHCO*; 深谷 友紀子*

PNC TJ1281 96-003, 163 Pages, 1996/03

PNC-TJ1281-96-003.pdf:6.76MB

放射性廃棄物地層処分システムの性能を測る尺度して最も重要なものの一つは、処分場から放出された放射性核種の生物圏への最大放出率である。また、この最大放出率は実際には少数の支配的な移行経路によって規定される場合が多いことが広く認識されつつある。従って、顕著な不均質性を有する透水係数場、特に地下水流動におけるいわゆるチャンネリング挙動を支配すると考えられる透水係数の空間的な相関構造を正確に把握することが極めて重要な課題となる。MACRO-AFFINITYコードは、自己アファインフラクタルモデルを理論的な基礎として開発され、これまでに以下の諸問題に適用される成功を収めていている。-不均質多孔質媒体中物質移動試験による確証-東濃鉱山周辺での過去のウラン移行挙動のシミュレーション-ニアフィールドでの核種移行挙動の解析現状のMACRO-AFFINITYコードを性能評価そのものに適用することに関しては、パーティクルトラッキングが性能評価で対象とする幅広い濃度領域について正確かつ効率的な計算を実施することが難しいという問題点がある。そこで、昨年度の研究においては、不均質場での移流-分散方程式を解法する連続体ソーバーを開発していくつかの例題に適用した。その結果、数値的な逆ラプラス変換の手法を、ラプラス領域での有限要素法による離散化と組み合わせた方法が実効的であることが明らかとなった。今年度は、この方法を更に拡張し、移流-分散-マトリクス拡散方程式を解法可能なものとした。また、いくつかのテストケースについてこの連続体トーバーと改良後のMACRO-AFFINITYとの比較を行い、満足すべき一致を得た。今後の課題としては、以下の諸事項が挙げられる。-連続体ソーバーを既存のACRO-AFFINITYのソフトウェアとしての枠組みに統合すること-種々の地質学的なプロセスを反映するために時間依存の境界条件及び不均質場の経時変化を取り扱う手法の開発-吸着特性等の地球化学的な不均質性とその透水係数分布との相関を表現する手法の開発-密度効果等の非線形性を考慮した流動解析モデルの改良

地層処分システムにおけるシーリング研究(IV)(最終報告書)

青木 謙治*; 日比谷 啓介*; 塩釜 幸弘*; 戸井田 克*; 深沢 栄造*; 奥津 一夫*; 久保田 翼*

PNC TJ1100 95-002, 195 Pages, 1995/03

PNC-TJ1100-95-002.pdf:16.41MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分においては、廃棄体の定置後、処分のために掘削した地下構造物を人工バリア材の一つである埋戻し材、プラグ材、グラウト材等により閉鎖し(以下「シーリング」と呼ぶ)、廃棄体の隔離性能を長期にわたって確保する必要がある。本年度の研究成果を以下に示す。1)礫ベントナイト混合土の基礎的な物性(締固め特性、透水特性、膨張特性、熱特性)を、その混合比を変化させて取得し、既存の知見とともに、礫ベントナイト混合土の諸物性を検討した。2)シーリングシステム(埋戻し材、プラグ、グラウトからなる)の性能を評価するために核種の移流、拡散、吸着、放射性崩壊等の過程を考慮できる核種移行解析を実施した。3)カナダのURLサイトにおける立坑シーリング試験の設計を行い、具体的な試験項目を抽出するとともに、試験対象を選定し、全体の施工工程を設定した。

地層処分性能評価用解析システムの統合化研究,5;概要

柳澤 一郎*; 房枝 茂樹*; 鵜沢 将行*; 笠井 雅夫*; 石原 義尚*; 池田 康博*; 江崎 正弘*

PNC TJ1214 94-007, 92 Pages, 1994/03

PNC-TJ1214-94-007.pdf:2.71MB

本研究では、ニアフィールドの複合現象を柔軟に解析できる連成解析用計算支援システム(CAPASA)の基本システムを開発した。基本システムはGUIベースのデータ処理環境であるPCDEEと解析データおよび解析コードを格納するためのオブジェクト指向データベースから構成されるものである。基本システムは以下の手順で開発した。まず、ニアフィールド問題における重要な連成現象(ROIGEN2とHYDROGEOCHEM)を対象とし、その問題領域・解析領域に対するオブジェクト指向分析を実施し、基本システムに必要なオブジェクト、主要属性、プロセスを摘出した。さらに、分析結果をベースとし、基本システムのオブジェクト、データベースならびにPCDEEの設計を行い、システムを実装した。最後に実装したシステムの動作確認のため、具体的な連成現象問題を設定し解析を行った。この結果、カップリング機能ならびにPCDEE及びデータベースが正しく動作することを確認した。さらに、これまでの統合化研究の結果をも踏まえ、今後の研究課題を摘出し、研究スケジュールを作成した。

海洋環境での広域拡散に関する広域流動評価方法の調査

今里 哲夫*

PNC TJ1604 93-003, 46 Pages, 1993/03

PNC-TJ1604-93-003.pdf:1.84MB

本調査の目的は、海洋での広域拡散に関する計算コードの整備を行う一環として、広域拡散の要となる広域海洋の中層及び深層を含む海洋の流動評価について調査、整備を行うことにある。上記目的達成のために以下の調査を実施し、計算コードの整備を行った。(1)広域海洋の流動評価方法に関する調査及び結果の整備・表層海洋の広域流動評価方法に関連する知見の調査及びその整備、中・深層海洋の広域流動評価方法に関連する知見の調査及びその整備、長期間の海洋流動評価方法に関する知見の調査及びその整備を行い、そのとりまとめを行った。(2)広域海洋拡散コードに組み込める広域海洋の流動評価コードの調査及び整備・広域海洋拡散コードに組み込める広域海洋の流動評価コードに関する事項並びに用いる流動評価方法及びその算出過程に関する事項の調査及び整備、広域海洋の流動評価コードにより算出される流れの場に関する事項及び流れの場の特徴に関する事項の調査及び整理、赤道域等計算上の問題点及び今後の課題に関する事項の調査及び整理、その他広域海洋の流動評価コードに関連する事項の調査及び整理を行ない、その取りまとめを行なった。

Numerical analysis of transient behavior of molten metals heated by electron beam

蕪木 英雄; 横川 三津夫; 関 昌弘; 有澤 孝

Heat Transfer in High Energy/High Heat Flux Applications, p.43 - 49, 1989/00

電子ビーム等による金属の高熱流束下の溶解過程は、原子法同位体分離過程の原子蒸発部、核融合炉プラズマ・ディスラプション時の第一壁の表面溶融、レーザー・電子ビーム加工技術など幅広い分野でその基礎的な溶解のメカニズムの解明が求められている。本論文では、2次元の領域に対して電子ビームによる金属の溶解過程のシミュレーションを行った。計算ではエネルギー(移流-拡散)方程式とナビエ・ストークス方程式を連立させ、差分法により数値計算を行い、固-液境界面の時間発展を求めた。この結果をアルミニウムによる実験結果と比較し、両者が良く一致することを示した。また、対流項の差分化に対し、3種類(1次風上法、ハイブリッド法、QUICK)の手法を用いて計算し、これらが数値計算結果に与える影響を評価した。また、計算格子の影響についても検討した。

人形峠環境技術センターにおける鉱さいたい積場坑水浄化メカニズムの検討

桝永 幸介; 所 千晴*; 小原 義之

no journal, , 

人形峠環境技術センターでは、鉱山跡措置の一環として、豪雨などのリスク対策のため、鉱さいたい積場の水位低下に取り組んでいる。旧坑道などから発生した坑水は、鉱さいたい積場に一時貯留することで、FeやAsなどの濃度が低下していることが分かっている。本報告は、今後の坑廃水処理設備の負荷軽減対策・鉱さいたい積場の跡措置対策検討のために、その反応について、多くの研究例が報告されているFeとAsを主とし、鉱さいたい積場が有する坑水浄化メカニズムについて考察を行った。その際、PHREEQCによる解析を行い、鉱さいたい積場内の坑水の流れの化学的な検証を試みた。PHREEQC解析での再現結果では、Feはおおむね良好であり、Asは一定量の底質のferrihydriteの共存を考慮すると、再現が可能であった。