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堀口 直樹; 吉田 啓之; 北辻 章浩; 長谷川 信*; 岸本 忠史*
Proceedings of 30th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE30) (Internet), 7 Pages, 2023/05
我が国のエネルギー安全保障の観点および環境負荷低減の観点から、軽水炉の連続運転が不可欠である。PWRの水質管理にはLi-7イオンを濃縮したpH調整剤が必要であり、Li-7濃縮技術の開発が重要課題の一つである。環境負荷の少ない技術としてマルチチャンネル向流電気泳動(MCCCE)法が開発されている。これを実用化するためには、チャネル内のLi-7イオン挙動を把握し、Li-7と他同位体を分離させるため実験条件を最適化する必要がある。本報告では、実機の単一チャンネル内のLi-7イオン挙動を把握することを目的に、原子力機構で開発した粒子追跡機能を有するCFDコードTPFIT-LPTをベースとしたイオン挙動の数値シミュレーション手法を開発した。本手法では、電場下のイオンの運動を、電場による速度を粒子に付加して運動させることで模擬した。同位体の運動の差異は付加速度の大きさを変更して表現した。また、個々のイオン挙動を実験計測することは不可能であるが、数値シミュレーションの検証の為に、バルク流体の流速を測定することが重要であると考えた。そこで、実機の単一チャンネルを簡略化したラボスケール実験装置を開発し粒子画像流速計測法(PIV)により流速を測定することとした。実験装置には、実機の実験条件の一つであり数値シミュレーションで難しい条件の一つである脈動流条件を設定し、流速を測定した。結果として、脈動流が再現されることを確認した。この脈動流の実験データを数値シミュレーションの入口境界条件として設定し、数値シミュレーションを実施した。この結果として、電場の影響を受けたイオンが脈動しながら上流へ移動することを確認した。また、電場下の同位体の挙動の差異も確認した。
奥山 邦人; 青木 成文*; 小澤 由行*; 井上 晃*
Bull.JSME, 29(253), p.2122 - 2130, 1986/00
著者らは、前報において狭い流路内の発熱体をステップ状に加熱した際に生じる非定常沸騰及び非定常二相流に関する実験を行った。そして比較的低熱流束下では発泡・凝縮消滅による周期的な脈動現象が生じることが観測された。本報では圧力変動場での孤立気泡の生長・消滅をモデル化して流路内の非定常二相流特性の解析を行った。その結果、脈動の周期や沸騰気泡の挙動を定性的に説明することができた。更に、流路内の発泡による圧力上昇は他の場所の発泡を抑え、凝縮による圧力低下は他の気泡を生長させ消滅を遅らせるといった圧力変動の非定常沸騰へのフィード・バック効果が明らかとなった。
権田 浩三; 松田 照夫*
PNC TN841 82-19, 363 Pages, 1982/03
パルスカラムを抽出器とするPurexプロセスが、シミュレートできる計算コードPULCOを開発した。PULCOは、パルスカラム内の物質移動が液滴と連続相流体間の界面を通して起こるという物質移動の基本的考え方に基づいており、パルスカラムで、実際に起こっている液滴の発生、上昇(または下降)、液滴合一等の諸現象が的確に反映され、かつ正しくシミュレートできる計算コードであって、従来の計算コードと全く異なっている。PULCOには、パルスカラム内の液滴の抽出挙動を表わす次の基本的量、(1)各成分の物質移動係数、(2)カラム内液滴径、液滴速度、(3)分散相ホールドアップ、(4)軸方向乱流拡散係数の実測値が組込まれている。特に、物質移動係数は、U(VI)、U(IV)、Pu(IV)、Pu(III)、HNO
の各成分につき、液滴の各接触過程ごとに実測された総括物質移動係数が、境膜物質移動係数からなる式で整理され、これら式はSherwood数とPeclet数の関係式として表わされている。PULCO計算結果の検証は、内径50m/m、塔長2m、目皿板段数40段のパルスカラムをglovebox内に設置し、未照射ウラン、プルトニウム混合系につき実施した。その結果、PULCO計算結果と試験結果はよく一致し、PULCO計算コードが妥当であることが確認された。特に、本報においては、パルスカラム内の物質移動につき実験的ならびに理論的究明をはかり、Purexプロセスにおける任意成分の物質移動係数が、精度よく推算できる方法を提示した。また、パルスカラムにおいて軸方向混合を考慮したNTUを基に、パルスカラムとミキサ・セトラの対応性を評価する方法を提示した。
権田 浩三; 松田 照夫*
PNC TN841 80-65, 71 Pages, 1980/09
既往文献の実験データ及び小規模、実規模の回分式実験データを基に、ウラン、プルトニウムの電解還元速度式を確立し、これを既存のMIXSET計算コードに組込み、KFKレポートに記載される実験データを検証した。その結果、同レポートのミキサ・セトラによる分配工程およびプルトニウム精製工程実験の濃度プロフィルは、十分な精度でシミュレートできることが確認できた。UO
がPu
に対し約10%以上の濃度で共存する場合には、UOの電解還元が優先し、UによるPuの化学的還元が支配的となることが明らかとなり、プルトニウム精製工程におけるUO共存の速度論的優位性が立証された。同レポートのパルスカラムによるU生成データに対しては、パルスカラム理論段1段をミキサ・セトラ1段と等価であるとし、塔内においてUの空気酸化が起こらないと仮定することにより、ほぼ満足できるシミュレートができた。しかし、Puが共存する電解パルスカラムデータの評価は、電解条件の記載が不充分でありシミュレーション計算ができていない。電解効率の装置依存性につき考察した結果、ミキサ・セトラにおいて電極に与えられる平均電流密度が一定ならば、電極の構造が電解還元効率に及ぼす影響は小さいが、パルスカラムにおいては電極上の電流密度分布がかなり大きな影響を及ぼすことが解析的にほぼ明らかとなった。
堀口 直樹; 吉田 啓之; 北辻 章浩; 福森 麻衣*; 竹村 友紀*; 長谷川 信*; 岸本 忠史*
no journal, ,
軽水炉冷却材の水質管理において、安全保障や環境問題を考慮したLi-7濃縮技術の開発が重要である。これらの面で革新的なマルチチャンネル向流電気泳動(MCCCE)法を実用化するためには、流路内のイオン挙動を把握する必要がある。本報では、濃縮実験装置の一部である単一チャンネルに着目して、内部のイオン挙動の把握を目的とした流動試験と、数値シミュレーションを実施した結果を述べる。模擬流体として水を用い、ポンプにより脈動を与えた流動試験により、流路内にポンプの駆動周波数よりも高周波の脈動が生じることを確認した。また、CFD手法をもとに、電場が付与されたイオンの運動を、相当する付加速度が加えられる微粒子として追跡する、イオン挙動数値シミュレーション手法を構築した。試験で取得した脈動のデータを入口条件に設定し、脈動流中を移動するイオン挙動を再現した。
