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論文

Some characteristics of gas-liquid two-phase flow in vertical large-diameter channels

Shen, X.*; Schlegel, J. P.*; 日引 俊*; 中村 秀夫

Nuclear Engineering and Design, 333, p.87 - 98, 2018/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:71.63(Nuclear Science & Technology)

Two phase flows in large-diameter channels are important to efficiently and safely transfer mass and energy in a wide variety of applications including nuclear power plants. Two-phase flows in vertical large-diameter channels, however, show much more complex multi-dimensional nature than those in small diameter channels. Various constitutive equations are required to mathematically close the model to predict two-phase flows with two-fluid model. Validations of the constitutive equations require extensive experiment effort. This paper summarizes the recent experimental studies on two-phase flows in vertical large-diameter channels, which includes measuring technique and available databases. Then, a comprehensive review of constitutive equations is provided covering flow regime transition criteria, drift-flux correlations, interfacial area concentration correlations and one- and two-group interfacial area transport equation(s), with discussions on typical characteristics of large-diameter channel flows. Recent 1D numerical simulations of large-diameter channel flows is reviewed too. Finally, future research directions are suggested.

論文

Multi-dimensional gas-liquid two-phase flow in vertical large-diameter channels

Shen, X.*; Schlegel, J. P.*; 日引 俊*; 中村 秀夫

Proceedings of 2017 Japan-US Seminar on Two-Phase Flow Dynamics (JUS 2017), 6 Pages, 2017/06

Large-diameter (D) channels are extensively used to increase the mass, momentum and heat transport capability of working fluid. Comparing with small-D pipes, two-phase flows in large-D channels show quite different and more complicated flow characteristics, since much larger cap bubbles can exist and interfacial instability prevents the cap bubbles from forming a large stable Taylor bubble. Flow regimes and radial void fraction profiles are also different from those in small-D pipes especially in cap/slug flow regime. The relative velocities between phases are greatly increased. This paper reviews recent progresses in the researches on two-phase flows in large-D channels. The state-of-the-art tool of four-sensor probe may enable classification of two-group bubbles by the measurement of bubble diameter instead of bubble chord length. Databases and most of the updated constitutive equations that cover flow regime transition criteria, drift-flux correlations, interfacial area concentration (IAC) correlations and one- and two-group interfacial area transport equation(s) are summarized and analyzed. Typical multi-dimensional characteristics of flows in large-D channels are presented and their one-dimensional numerical simulations are reviewed. Finally the future research directions are suggested.

報告書

結晶質岩を対象とした長期岩盤挙動評価手法に関する研究; 2015年度(委託研究)

福井 勝則*; 羽柴 公博*; 松井 裕哉; 桑原 和道; 尾崎 裕介

JAEA-Research 2016-014, 52 Pages, 2016/09

JAEA-Research-2016-014.pdf:7.19MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、処分坑道の力学的安定性は、建設・操業時はもとより閉鎖後も千年程度にわたって要求される。一方、処分坑道をとりまく岩石や岩盤は、クリープや応力緩和などの力学的な時間依存性挙動を示すことが知られており、その挙動を把握することは処分坑道の安定性評価における課題となっている。この課題解決のため、調査研究開発を進めてきた。本年度は、田下凝灰岩のクリープ試験装置を、再度、移設した。試験は中断することなく、試験期間は18年を越えた。また、これまでに実施した土岐花崗岩の試験結果と、拡張したコンプライアンス可変型構成方程式による計算結果を比較しながら、種々の時間依存性挙動の関係性について定量的に検討した。さらに、湿潤状態かつ常温$$sim$$100$$^{circ}$$C程度での、岩石の変形・破壊特性および時間依存性を調べるための試験方法について検討した。

論文

複数の圧子を用いた押込み試験による構成式中の材料定数の同定

涌井 隆*; 二川 正敏; 田辺 裕治*; 井岡 郁夫

材料, 51(6), p.681 - 687, 2002/06

材料照射の損傷機構と力学的なマクロ特性との相関を知る簡便な手法として硬さの計測が行われる。一方、原子炉システム耐食構造部材では環境割れ機構の解明が急務であり、機構解明には粒界脆化などの材料微小領域における力学特性を評価することが重要となる。そこで、押込み試験から微小領域の材料質変化を評価し、マクロ的な力学特性として材料定数を定量的に評価する手法を考案した。すなわち、複数の形状の異なる圧子を用いた微小押込み試験から得た荷重深さ曲線を実験的及び解析的に評価する。解析的に評価した荷重負荷曲線の傾きと材料定数との関係を示す特性曲線及び傾きの実験値を用いて、各圧子に対する荷重負深さ曲線を表す最適な材料定数を同定する。仮想数値実験と2種類の合金に対する実験結果から、本手法の有用性を確認した。

論文

Identification of the constitutive equation by the indentation technique using plural indenters with different apex angles

二川 正敏; 涌井 隆*; 田辺 裕治*; 井岡 郁夫

Journal of Materials Research, 16(8), p.2283 - 2292, 2001/08

材料表層部、すなわち腐食層,表面改質層,薄膜,さらに照射材料など微小材料領域の力学特性評価手法として、微小押し込み試験法は有用である。これまでに、押し込み荷重-深さ曲線をもとに、逆解析的に応力-ひずみ曲線を決定することができることを示し、弾-完全塑性体としてモデル化できる脆性材料の腐食層、あるいは防食被膜の特性評価を行った。しかしながら、一般に構成式が指数関数型で表せる延性材料の場合には、定めるべき係数が多く、逆解析的に構成式を決定することが困難である。そこで、複数の形状の異なる圧子を用いた押し込み荷重-深さ曲線から、一義的に構成式を決定できる新たな手法を提案した。さらに、本手法をニッケル基合金及びアルミ合金に適用し、その有効性を示した。

論文

Inelastic constitutive equation in Alloy800H

加治 芳行; 菊地 賢司; Penkalla, H. J.*

Proceedings of the 7th International Conference on Creep and Fatigue at Elevated Temperatures (CREEP7), p.179 - 183, 2001/06

700、800及び850$$^{circ}C$$でのアロイ800Hのクリープ構成式を開発した。この構成式では、非弾性ひずみ速度をNorton-Bailey型の流れ則の形で表し、種々の負荷条件での変形中の硬化は、背応力と抗応力に分けられる内部応力によって引き起こされるとしている。背応力はクリープ抵抗の保存力を表し、一方抗応力は粒界滑り、拡散及び転位と析出物の相互作用のような内部構造での全ての消失部を含んでいる。パラメータは、各温度での定荷重条件下でのクリープ変形特性から決定した。各温度でのクリープ試験において、この構成式による変形解析結果と実験結果はよく一致した。

報告書

多次元二流体モデルコードACE-3Dの改良と受動的余熱除去系水プール内熱流動解析への適用

大貫 晃; 加茂 英樹*; 秋本 肇

JAERI-Data/Code 99-038, 108 Pages, 1999/08

JAERI-Data-Code-99-038.pdf:5.2MB

受動的安全機器設計を行ううえで重要な二相自然対流現象を詳細に解析するツールを整備するため、報告者が開発した多次元二流体モデルコードACE-3Dを改良した。改良版では、乱流熱流束モデルと熱構造体との連成解析機能を追加し、相変化を伴う熱的に非平衡な流れの解析及び外部との熱交換を伴う体系の解析を可能とした。蒸気が水プール中へ噴出する蒸気噴流の実験データを取得し、そのデータを用いて改良機能を検証した。日本原子力研究所で設計された受動的安全炉JPSRの余熱除去系水プール内の熱流動解析へ適用し、同プールの除熱性能を検討した。その結果、改良したACE-3Dコードにより水プール内の二相自然対流現象を精度よく予測できること、並びにJPSR余熱除去プールの除熱性能の高いことを確認した。

論文

Applicability of creep constitutive equations to creep curves under constant load

倉田 有司; 内海 宏和*

Acta Metallurgica Sinica (English Letters), 11(6), p.397 - 404, 1998/12

Ni-18.5Cr合金の正常型クリープ曲線及びNi-18.5Cr-16W合金の3次クリープ支配型クリープ曲線に対して、次のようなクリープ構成式の適用性を検討した。(1)修正$$theta$$法、(2)修正$$Omega$$法、(3)$$theta$$投影法、(4)3次クリープのみの2$$theta$$法、(5)$$Omega$$法。この研究で新しく提案したのは、(1)、(2)及び(4)である。(1)では1次クリープを指数項、3次クリープを対数項で表し、(2)ではクリープ曲線を2つの対数項の和で表している。修正$$theta$$法、修正$$Omega$$法、$$theta$$投影法では正常型及び3次クリープ支配型のクリープ曲線を記述できた。また、900$$^{circ}$$CのNi-18.5Cr-16W合金のクリープ曲線は、2$$theta$$法及び$$Omega$$法によっても記述された。修正$$theta$$法及び修正$$Omega$$法は、破断までのクリープ曲線や破断寿命をより精度よくかつ保守的に予測できるため、定荷重クリープ曲線に対しては、この2つの方法の適用性が高い。

報告書

多次元二流体モデル構成方程式評価用コードACE-3Dの開発

大貫 晃; 加茂 英樹*; 秋本 肇

JAERI-Data/Code 96-033, 76 Pages, 1996/11

JAERI-Data-Code-96-033.pdf:1.92MB

受動的安全炉の設計研究を多次元の二流体モデルコードにより高精度に行うため、二流体モデルの構成方程式の評価・開発に使用できる解析コードACE-3Dを開発した。本コードの特徴は、(1)基礎式は3次元の二流体モデル。直交座標系または円筒座標系が選択できる。(2)有限差分、半陰解法。(3)界面応力項として抗力、揚力、乱流拡散力、壁からの力、付加質量の各力を考慮する。(4)二相$$kappa$$-$$varepsilon$$乱流モデルの導入である。開発したコードにより既存の小口径垂直管内気泡流の解析を行い、二流体モデルの多次元用構成方程式の評価・開発に本コードが適用できることを確認した。本報告書では、ACE-3Dコードの概要を基礎式並びにその差分式により述べると共に、プログラム構造の概説、及びチェックの計算結果についてまとめる。

論文

Development of MINCS code for evaluation of two-phase flow models

渡辺 正; 平野 雅司; 秋元 正幸

Journal of Nuclear Science and Technology, 30(10), p.1078 - 1083, 1993/10

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

本サマリーレポートは、一次元二相流特性解析コードMINCSの開発について記述したものである。MINCSは、二相流の物理現象ばかりでなく二相流解析にみられる数値的な現象をも解析するための計算ツールとして、原研において開発された。MINCSでは二流体非平衡(2V2T)モデルから均質平衡流(1V1T)モデルまでの9種類の二相流モデルを同一の数値解法のもとで扱うことができ、解法は安定性のため陰的有限差分法に基づいている。コードの構造はモジュラー化されており、構成式や相関式の導入・評価が容易である。流動様式を固定し、また、蒸気表を選択することができるため、ベンチマーク問題等への対応も容易である。

論文

A Simplified method for predicting creep collapse of a tube under external pressure

西口 磯春; 加治 芳行; 井岡 郁夫; 山村 外志夫*; 山田 嘉昭*

J. Pressure Vessel Technol., 112, p.233 - 239, 1990/08

 被引用回数:8 パーセンタイル:43.53(Engineering, Mechanical)

外圧作用下における円管のクリープ座屈挙動を予測するための簡易解析法を提案した。本法においては円管の変形挙動はShape factorと呼ぶ単一の変数で表現され、その進展は常微分方程式で与えられる。弾性の効果を考慮するとともに、種々のクリープ構成方程式を用いることができる。有限変形理論に基づく有限要素法および従来の簡易解析法による解との比較も行なった。

論文

Study on the creep constitutive equation of Hastelloy X, 1st report; generation of a creep constitutive equation and its sensitivity analysis

羽田 一彦; 武藤 康

Bull.JSME, 26(221), p.1839 - 1848, 1983/00

文献データを基にしてハステロイXのクリープ構成方程式を作成した。また、作成したハステロイXのクリープ構成方程式に対して感度解析を実施した。その結果、以下のことが明らかになった。(1)クリープ構成方程式が異なることによるクリープ挙動の差異は小さくなく、設定上配慮を要する。(2)ASME Boiler and Pressure Vessel Code Case N-47のクリープ・疲労損傷評価指針に従って累積クリープ損傷を求める際に、クリープひずみ曲線の平均値を記述するクリープ構成方程式による非弾性応力解析結果を用いる方法は、クリープひずみ曲線のばらつきに起因するクリープ損傷量のばらつきを考慮すると、安全側な評価を与える方法とは言えない。

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