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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。
稲垣 照美*; 金児 敏信*; 羽鳥 雅一*; 椎名 保顕
日本機械学会論文集,B, 70(699), p.279 - 286, 2004/11
赤外線サーモグラフィーは非接触で二次元の温度計測を行うことができる。そこで、通常の手法での温度計測が不可能である気液界面の伝熱現象にこれを適用し、自由表面を有するベナール対流の気液界面における伝熱計測を行った。実験はシリコンオイルを用いて行い、実験結果を数値シミュレーション結果と比較して赤外線サーモグラフィーの適応性,有効性の考察を行った。その結果、赤外線サーモグラフィーにより可視化された対流のセルパターンは数値シミュレーションにより得られたパターンとよく一致した。また、気液界面における熱伝達率とレイリー数の関係は、赤外線サーモグラフィーによる実験結果と数値シミュレーション結果の両者が比較的よく一致した。これらから、赤外線サーモグラフィーは、界面の揺動等を伴い、通常の計測が不可能である気液界面における伝熱現象の計測に有効であることが示された。
近藤 浩夫*; 藤里 敦史*; 山岡 信夫*; 井上 正二*; 宮本 斉児*; 佐藤 文信*; 飯田 敏行*; 堀池 寛*; 松下 出*; 井田 瑞穂*; et al.
Journal of Nuclear Materials, 329-333(Part1), p.208 - 212, 2004/08
被引用回数：13 パーセンタイル：63.95(Materials Science, Multidisciplinary)本論文では、IFMIFターゲット流の挙動を研究するための模擬実験においてリチウム流の自由表面に現れた航跡に焦点を当て、理論との比較を交えて論じた。航跡の形状は、静止水面上を等速度で移動する点状擾乱からの航跡の形状として予測されたものとよく一致した。本実験での航跡の発生源はノズル出口に付着したリチウム化合物及びノズル出口と側面壁との角である。後者による航跡はIFMIFターゲットでも発生し得るものの、重陽子ビームの照射領域にまで達することがないことを明らかにした。
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。
井田 瑞穂*; 中村 秀夫; 中村 弘史*; 中村 博雄; 江里 幸一郎; 竹内 浩
Fusion Engineering and Design, 63-64, p.333 - 342, 2002/12
被引用回数：43 パーセンタイル：91.34(Nuclear Science & Technology)国際核融合材料照射施設(IFMIF)の液体リチウム(Li)ターゲットの健全性を評価するために熱流動解析を実施した。重陽子ビーム照射時のLi沸騰を抑制するため、ターゲットに凹面状背面壁を採用し、遠心力によりLi沸点を344
から約1100に上昇させた。一方、一平方メートルあたり1GWのビーム照射を受けてもLi最高温度は400であり、十分な温度余裕が有ることを示した。また、この遠心力場での対流が液体Li表面温度上昇に与える効果も調査し、温度上昇は無視できることを明らかにした。さらに、Li循環ループの過渡熱流動解析も実施し、ビーム電流が250mAから0mAへと変化する最も厳しい2本の加速器の停止時でもLi固化までに300秒の時間的余裕があることを明らかにした。この結果を温度制御方法の検討に反映させた。
井田 瑞穂*; 堀池 寛*; 秋場 真人; 江里 幸一郎; 飯田 敏行*; 井上 正二*; 宮本 斉児*; 室賀 健夫*; 中村 秀夫; 中村 弘史*; et al.
Journal of Nuclear Materials, 307-311(Part2), p.1686 - 1690, 2002/12
被引用回数：6 パーセンタイル：39.54(Materials Science, Multidisciplinary)国際核融合材料照射施設(IFMIF)の液体リチウム(Li)ターゲットの要素技術確証の一環として、水流による模擬実験を実施した。水流れの表面波挙動の上流ノズル内壁の表面粗さ依存性(6.3,100
m)と流れ表面雰囲気の圧力依存性(1,0.15atm)を調べた。その結果、表面波成長に与える影響はノズル内壁の表面粗さが支配的であり、100mの粗さのノズルでは10m/s以上の高い流速で流れ表面の乱れが顕著になることが判明した。この結果をノズルの設計,製作に反映したLi流れ実験を、大阪大学のLiループで計画中である。この実験は、15m/sの流速及び真空雰囲気の条件で実施する予定である。なお本発表では以上の結果に加えて、Li流れ表面の不安定性,表面からのLi蒸発,Li流れによるノズルの腐食と浸食,電磁ポンプでのキャビテーションの解析等に関しても発表する。
井田 瑞穂*; 加藤 義夫; 中村 秀夫; 竹内 浩; D.Tirelli*; S.Cevolani*
Proc. of 2nd Int. Topical Meeting on Nuclear Applications of Accelerator Technology (AccApp'98), p.548 - 555, 1998/00
国際核融合材料照射施設(IFMIF)設計活動の一環として、凹壁面に沿った液体リチウム(Li)ターゲットジェット流の熱流体的安定性を調べた。IFMIFは核融合材料の試験・開発のため、ターゲットでの重陽子-Li反応で高エネルギー(約14MeV)の高中性子束照射場を供する。幅260mm、自由表面長350mm以上のLiジェットは真空中を高速(≦20m/s)で流れ、重陽子ビームによる発熱(≦10MW)を除去する。このジェット流に関し、2次元及び3次元解析を行った。ノズル出口付近でのジェット挙動:流体的安定性として、絞りノズル出口付近でのジェット流の過渡的挙動を2次元流体解析で調べた。ノズル内の圧力分布により自由表面側の流れが加速され、バックウォール側の流れが減速されることを示した。さらにノズル出口位置によりジェット厚さが制御されることを示した。3次元対流:熱流体的安定性として、激しい蒸発を起こさない程度に低くあるべき表面温度を正確に求めるため、対流が温度に及ぼす影響を解析した。実際のIFMIF条件では、対流による自由表面の温度上昇はターゲット流内での熱的不安定性を起こすには小さすぎることを示した。
Gao Ming Quing*
PNC TN9410 97-016, 42 Pages, 1997/02
None
井田 瑞穂*; 中村 秀夫; 伊東 章雄*; 加藤 義夫; 前川 洋
Eighth Int. Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics (NURETH-8), 3, p.1276 - 1283, 1997/00
国際核融合材料照射施設(IFMIF)では、凹面壁に沿って真空中を高速で流れ自由表面を有するリチウム(Li)ジェットターゲット中で、14MeVの中性子を発生させる。ターゲットジェットは強力重陽子ビームを受けるが、ジェット内での気泡生成やジェットの自由表面での激しい蒸発を起こさないようにしなければならない。そこで、バックウォール形状やジェット平均流速に影響を受けるであろう温度分布と流れの状態を評価するために、2次元の熱流体解析を実施した。計算された温度分布により、バックウォール半径とジェット平均流速の種々の組み合わせに対し、気泡生成や激しい蒸発を避けるために十分な温度余裕が有ることを示した。境界層のジェット厚への影響も検討した。
岡 芳明*; 越塚 誠一*; 岡野 靖*
PNC TY9602 96-001, 133 Pages, 1996/03
高温増殖炉の安全性や経済性を追求するためには、自由液面を有する熱流動問題や液体-構造連成問題などの複雑な事象を高精度で評価することが不可欠である。しかしながら、従来の計算格子を用いる解析手法では、解析領域自体が大きく変形する問題に対して限界がある。そこでここでは、流体の運動を粒子の動きによって解析する「粒子法」の基礎研究を、昨年度に引き続き実施した。今年度は、昨年度に開発した粒子法の計算手法に関して次2点の改良を行なった。第1点は粒子間相互作用モデルの基本となる重み関数の改良で、粒子間距離がゼロの場合に値が無限大になるような関数に変更した。第2点は非圧縮条件の計算法で、粒子数密度の偏差をソース項とする圧力のポアソン方程式を導き、これをICCG法で解くように改良した。これらの改良によって、昨年度と比較して数値安定性が格段に向上し、計算時間も大幅に短縮された。次に、この改良された粒子法(Moving Particle Semi-implicit Method, MPS法)を斜面上で生じる砕波の解析に適用した。斜面に入射された波は、水深が浅くなるに従い波形が急峻になり、やがて砕波する。この時、流体は著しく変形するだけでなく分裂や合体にまで至るので、従来の格子を用いる解析手法では砕波を解析することができなかった。粒子法ではこうした場合でも安定に計算することができ、砕波を再現することができた。また、実験では砕波パラメータにより砕波形式が分類されているが、これについても実験と良く一致した計算結果が得られた。本計算では、境界の壁面を振動させることで波を発生させているが、この振動を非線形波であるクノイド波の解析解に従い、高さ方向で異なる振幅を与えた。これによって、助走区間が短くても解析解に従った入射波を発生することができ、計算量を低減することができた。さらに、浮体を加えた解析も行ない、波の力によって浮体が移動する様子を解析した。このように粒子法では、構造物を変形させながら動かしたり、あるいは流体からの力によって構造物が移動するようなことも容易に解析できることが示された。
小野寺 直幸; 大橋 訓英*
no journal, ,
荒天下での船舶の操縦性性能は安全性に直結するため、重要な研究課題の一つである。船舶の運動を詳細に解析するためには、固気液三相流に対して大規模解析を行う必要がある。本研究では格子ボルツマン法に多相流モデルを適用し解析を行った。格子ボルツマン法は連続的なメモリアクセスを行う計算手法であるため大規模計算に適した手法である。計算コードはGPUの言語であるCUDAに基づき書かれており、東京工業大学のスパコンTSUBAMEにおいて良い実行性能が得られている。また提案した多相流解析モデルは、気相と液相に対してそれぞれ独立に解析を行うことで、非定常な現象に対しても安定に解析が行うことが可能な手法である。本発表では有効性を確認するために、実際のバルクキャリアデータを読み込んだ700
120400格子点の解析を行い、高密度比の条件下において安定な解析が行えることを示した。
此村 守*; 神山 健司
no journal, ,
密度の大きな噴流が水プール中に放出された際の挙動を粒子法を用いて解析した。実現象では発現しない水中の空隙発生を抑制するには、自由表面判定条件を解除して圧力計算を行うことが実用的であることが分かった。
