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論文

Effect of flow obstacle on droplet sizes in vertical annular air-water flow in a small diameter pipe

柴本 泰照; 孫 昊旻; 与能本 泰介

Proceedings of 10th International Topical Meeting on Nuclear Thermal Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-10) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2014/12

Droplet size distributions have been measured for air-water annular-mist flow in a vertical 12.0 mm diameter pipe at atmospheric pressure. A laser diffraction technique has been employed using a Malvern Spraytec instrument. The test section was specially designed for meticulous measurement in the present experiment: any optical windows were not used to avoid problems arose from glass contamination by sucking the liquid film through the wall just below the measurement elevation. Sauter mean diameters measured in this work decreased simply with an increase of air superficial velocity, whereas the dependence on water superficial velocity showed complicated dependency on air velocity. The effect of a flow obstacle on droplet size distribution was also investigated. A small tube was placed in the centerline of the test section as an obstacle. Three obstacles having different blockage ratio were tested. It is found through the present experiments that the obstacle effect is not so significant for the blockage ratio of up to 0.3, and the droplet diameter decreases to approximately 80% in average. Based on the data, an empirical correlation to predict Sauter diameter was developed by modifying the existing correlation. A hydraulic equivalent diameter that takes account of the blockage ratio is applied to the characteristic length in the correlation.

論文

稠密格子ロッドバンドルでの気液二相流流量配分に関する研究

大貫 晃; 柴田 光彦; 玉井 秀定; 秋本 肇; 山内 豊明*; 溝上 伸也*

日本混相流学会年会講演会2003講演論文集, p.35 - 36, 2003/07

原研で開発を進めている低減速軽水炉の熱流動設計では、サブチャンネル解析コード等による解析的な評価を中核に据えている。そのため、ボイドドリフトモデルをはじめとする物理モデルの稠密格子体系への適用性を検証する必要がある。本研究では19本稠密格子ロッドバンドル体系での気液二相流流量配分実験を行い、サブチャンネル解析コードの適用性を評価/検証する。チャーン流条件で取得した液相及び気相の流量配分実験結果をサブチャンネル解析コードNASCAにより評価した結果、液相流量分布は妥当に予測したが気相流量分布は過小評価した。ボイドドリフトモデルの適用性をさらに検討する必要がある。

報告書

JRR-4シリサイド燃料炉心の燃料要素冷却水流量の測定

山本 和喜; 渡辺 終吉; 永冨 英記; 神永 雅紀; 舩山 佳郎

JAERI-Tech 2002-034, 40 Pages, 2002/03

JAERI-Tech-2002-034.pdf:1.97MB

JRR-4は3.5MWのスィミングプール型研究用原子炉であり、濃縮度低減化計画の下で濃縮度90%の燃料を20%の燃料に交換して1998年7月に臨界に到達した。燃料濃縮度低減計画の一環として流路閉塞事象等の安全解析を実施した結果、熱水力的な余裕を持たせる必要があるとの結論を得たため、炉心の冷却水流量を増加させる検討を実施した。炉心流量を増加させる対策としては、炉心部におけるバイパス流を低減すること及び1次冷却水流量を7m$$^{3}$$/minから8m$$^{3}$$/minへ変更することにより燃料要素の流量を増加させた。流速測定用模擬燃料要素による流量測定の結果、燃料板間の流速は設計値の1.44m/sに対し、1.45m/sとの測定結果が得られ、炉心流量に対する全燃料要素の流量の比が0.88となり、安全解析で用いた0.86を超えていることを確認した。これらの炉心流量増加のための対策を述べるとともに、各燃料要素の冷却水流量測定結果について報告する。

論文

Verification of models for bubble turbulent diffusion and bubble diameter in multi-dimensional two-fluid model

大貫 晃; 秋本 肇

Proceedings of the 8th International Symposium on Flow Modeling and Turbulence Measurements (FMTM2001) (CD-ROM), 7 Pages, 2001/12

計算資源の拡大に伴い、気液二相流の形状効果を多次元で解析することが期待されるようになってきたが、構成方程式の検証は十分ではない。著者らは多次元二流体モデルにより相分布を予測するため、気泡の乱流拡散並びに気泡径に対するモデルを近年開発した。本研究ではこのモデルの検証を行う。検証は幅広い条件(流路直径;9mmから155mm,圧力;大気圧から4.9MPa,流量;気相見かけ流速=0.01m/sから5.5m/s,液相見かけ流速=0m/sから4.3m/s,流体; 空気-水,蒸気-水)でのデータベースにより行った。検証解析を通じ、開発したモデルは流路直径の影響を含め広い流動条件に適用できることがわかった。相分布の形並びに流路全体の平均ボイド率を定性的及び定量的によく予測した。本モデルは気泡径と渦スケールの比を重要なパラメータとして採用しており、このパラメータが多次元二流体モデルの構成方程式を構築する上で重要であることがわかった。

論文

円柱周りの気液二相流流動構造の数値解析

大貫 晃; 赤松 幹夫*; 秋本 肇

日本混相流学会第5回オーガナイズド混相流フォーラム報文集, p.87 - 92, 2001/09

計算資源の拡大に伴い、燃料集合体のような複雑形状での気液二相流解析を多次元で行うことが期待されるようになってきた。日本原子力研究所では形状効果を解析するため、三次元二流体モデルをベースとする数値解析手法を開発している。本研究では二流体モデルコードACE-3Dに一般曲線座標系解析機能を導入し、水平に置かれた円柱周りの空気-水二相流を解析した。実験で見られた円柱後流の渦への気相の集中、渦強度の時間的な変動が計算され、両現象が気泡に働く抗力、並びに圧力場に影響された気泡の慣性との相対的な関係に依存することを明らかにした。

論文

Experimental study on transition of flow pattern and phase distribution in upward air-water two-phase flow along a large vertical pipe

大貫 晃; 秋本 肇

International Journal of Multiphase Flow, 26(3), p.367 - 386, 2000/03

 被引用回数:115 パーセンタイル:95.66(Mechanics)

気液二相流の流路スケール依存性を調べるため、大口径垂直管(内径D:0.2m,流路長さと内径の比L/D:61.5)内空気/水上昇二相流における流動様式及び相分布の遷移特性を実験的に検討した。壁面ピーク相分布に及ぼす流路スケール効果を同一気泡径での小口径管のデータとの比較により議論した。気泡の合体が開始する流量条件は小口径管に対するものとほぼ一致したが、差圧分布から判断されたL/D=20程度の助走域では大きな合体泡の生成は観察されず、L/D$$>$$20で大気泡が生じた。小口径管でスラグ流が実現する領域では大口径管では乱れの大きいチャーン流が支配的であった。相分布の遷移は流動様式の遷移と対応し、合体泡が相分布に影響する点は小口径管と同様であったが、水の見かけ流速が低下した場合に小口径管では見られない気泡クラスターを含む大きな渦の充満する気泡流となり、小口径管では壁面ピークとなる流量でもコアピークの分布となった。大口径管での壁面ピーク相分布の壁面ピークの高さが小口径管の場合より低くなる理由として、大口径管での径方向水流速速度勾配が低く、気泡が誘起する乱流変動が大きいためであることがわかった。

論文

Calculation of thermal-hydraulic behavior of horizontal heat exchanger with parallel tubes

近藤 昌也; 大谷 悦男*; 中村 秀夫; 浅香 英明*; 安濃田 良成

Proceedings of 2nd Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-2), p.344 - 350, 2000/00

並列伝熱管を有する横型熱交換機の熱水力挙動をRELAP5/Mod3.2コードを用いて計算した。計算は、異なる2次側条件を持つ2本の並列伝熱管を用いて行った。すなわち、飽和熱交換器上部の伝熱管を模擬した二相流を2次側に有する伝熱管と、熱交換器下部の伝熱管を模擬したサブクール水を2次側に有する伝熱管とを並列としたモデルを用いて行った。計算の結果、この2次側条件の相違は、冷却能力の高い伝熱管により多くのガスが流入するという不均一な伝熱管流量配分を引き起こしたが、流量の振動など流動の不安定性を招くことはなかった。また、ガスに含まれる非凝縮性ガスについては、2次側条件が変わらない限り、伝熱管流量配分にほんど影響しなかった。この結果、計算の対象とした横型熱交換器は極端な2次側条件下であっても安定した状態で十分な除熱能力を示すことを確認した。

論文

Temperature distributions in a tokamak vacuum vessel of fusion reactor after the loss-of-vacuum events occurred

高瀬 和之; 功刀 資彰; 柴田 光彦; 関 泰

Fusion Engineering and Design, 42, p.83 - 88, 1998/00

 被引用回数:12 パーセンタイル:67.4(Nuclear Science & Technology)

国際熱核融合実験炉(ITER)の熱流動安全性研究のうち、真空境界破断事象時に真空容器の破断口部に生じる置換流挙動を定量化するために真空境界破断事象予備実験を行っている。筆者らはすでに常温下における実験の結果から、真空容器に設けられた破断口数及び破断口位置が真空容器内の置換量に与える影響を明らかにした。今回は、真空容器を200$$^{circ}$$Cに加熱した条件の基で真空境界が破断した場合の真空容器内の温度分布を定量的に調べ、その結果をもとに真空容器内の流動挙動を評価した。本研究の結果、破断口が1つの場合は破断口位置に応じて破断口部に対向流または成層流が形成され、破断口が2つの場合は同様に破断口位置に応じて一方向流または二方向流が形成されることが真空容器内温度分布の測定結果から明らかになった。

論文

垂直管内気泡流相分布の流路スケール効果に関する実験的研究

大貫 晃; 清宮 正人*; 秋本 肇

混相流シンポジウム'98講演論文集, p.221 - 222, 1998/00

本報では、気液二相流の詳細な多次元流動モデルの確立を目指す研究の一環として、気泡流相分布に及ぼす流路スケール効果を実験的に調べた。内径20cmの大口径垂直管における相分布及び気泡径を測定すると共に、水及び気泡の各流速分布を測定し、Liuらの小口径管(内径3.8cm)データとの比較から流路スケール効果を検討した。検討の結果、大口径管での径方向液流速勾配が小口径管より低いこと、及び気泡が誘起する液相乱流エネルギーの高いことが大口径管での相分布が小口径管より平坦となる理由として考えられた。

論文

Flow characteristics of air-water two-phase flow in a large vertical pipe

大貫 晃; 秋本 肇

Proc. of 1st European-Japanese Two-phase Flow Group Meeting, p.1 - 8, 1998/00

本報では、気液二相流の多次元解析手法を確立する上で不可欠な大口径管での流動特性を調べた。内径48cm及び内径20cmの大口径垂直管における流動様式及び相分布を測定し、流動特性を実験的に調べるとともに、原研で開発した多次元二流体モデルコードACE-3Dによる解析を交え、流路スケール効果を分析した。その結果、大口径管では小口径管より流動の乱れが大きく、流動様式及び相分布に小口径管とは異なる特性のあることがわかった。大きな渦や壁面付近で逆流の見られる乱れた気泡流が見られ、合体泡が間欠的に流れる流動様式では合体泡と壁面の間の液膜に多数の小気泡を含有していた。ボイド率のピークが壁面付近に現れる流量の範囲は小口径管より狭かった。

論文

Prediction of phase distribution under bubbly flow in a large vertical pipe by multidimensional two-fluid model

大貫 晃; 秋本 肇

Proc. of 3rd Int. Conf. on Multiphase Flow (ICMF'98), p.1 - 6, 1998/00

将来型原子炉システムの設計に最適化するには、その解析ツールの妥当性を検定する必要がある。本研究ではこの検定を多次元二流体モデルによる詳細解析で行うことを想定し、そこで必要となる揚力モデル及び乱流拡散モデルの流路スケールに対する適用性の評価を行った。小口径管のデータベースとしてはLiuらのもの(内径約4cm)を用い、大口径管は筆者らが新たに取得したもの(内径20cm)を用いた。気泡径がほぼ等しい状態での気泡流データを筆者らが開発した多次元二流体モデルコードACE-3Dで解析した。解析の結果、乱流拡散モデルに問題のあることが分かり、気泡径と流路スケールの相対関係に依存する新たなモデルを提案した。

報告書

JRR-3シリサイド燃料炉心における炉心構造物の設計差圧及び設計流速

神永 雅紀; 村山 洋二; 和田 茂; 木名瀬 政美

JAERI-Tech 97-043, 63 Pages, 1997/09

JAERI-Tech-97-043.pdf:1.64MB

JRR-3は、低濃縮板状燃料を使用した軽水減速・冷却、ベリリウム及び重水反射体付プール型炉であり、熱出力は20MWである。JRR-3では、現在、シリサイド燃料化計画が進められており、燃料としては現在のウランアルミニウム(UAl$$_{x}$$-Al)分散型燃料(アルミナイド燃料)に代わり、ウランシリコンアルミニウム(U$$_{3}$$Si$$_{2}$$-Al)分散型燃料(シリサイド燃料)を使用する予定である。JRR-3シリサイド燃料炉心では、シリサイド燃料化に伴って標準型燃料要素及びフォロワ型燃料要素の燃料板枚数、燃料板厚さ、冷却材流路ギャップを変更する。このため、これまでのアルミナイド燃料炉心と比べ炉心流量配分特性が異なり、燃料要素以外の炉心構造物の設計計算に用いている設計流速を見直す必要がある。本報告書は、JRR-3シリサイド炉心の炉心流量配分特性、炉心流量配分特性の変更に伴い新たに設定した炉心構造物の設計差圧及び設計流速について述べたものである。付録には、それらの結果に基づき実施した炉心構造物の耐熱計算結果を示した。

論文

Evaluation on driving force of natural circulation in downcomer for passive residual heat removal system in JAERI passive safety reactor JPSR

国井 克彦; 岩村 公道; 村尾 良夫

Journal of Nuclear Science and Technology, 34(1), p.21 - 29, 1997/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:14.87(Nuclear Science & Technology)

原研型受動的安全炉(JPSR)における受動的余熱除去系の自然循環駆動力は、炉心及び上部プレナムでの高温冷却水とダウンカマ内の低温冷却水の間の密度差で与えられる。本研究では、以下の可能性を調べることを目的とした。1)ダウンカマ内にバッフルを取付け熱流動分布の均一化を促進させる、2)余熱除去に十分な自然循環駆動力の確保、3)受動的余熱除去系の性能評価に適用されるダウンカマ内三次元熱流動の一点近似すなわち完全混合流れとする仮定の妥当性。このため、STREAMコードを用いた三次元熱流動数値解析を実施し、以下の結論を得た。(1)バッフルによる熱流動分布均一化の効果はほとんど認められない、(2)流動が多次元的でも自然循環冷却に必要な駆動力は確保できる、(3)定常時だけでなく初期過渡時にも、ダウンカマ内流動を一点近似流れとする仮定は、受動的余熱除去システムの循環駆動力の評価に適用できる。

論文

Developed flow pattern and phase distribution under gas-liquid two-phase flow in a large vertical pipe and prediction of phase distribution by multidimensional two-fluid model

大貫 晃; 加茂 英樹*; 秋本 肇

Eighth Int. Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics (NURETH-8), 3, p.1670 - 1676, 1997/00

将来型原子炉システムの設計用ツールである多次元二流体モデルコードを高度化する研究の一貫として、大口径垂直管(内径20cm)での空気・水二相流データベースを新たに取得するとともに、気泡流相分布に対する多次元二流体モデル構成方程式の適用性を調べた。実験的にはスラグ流域での流動の乱れが小口径管の場合より大きいこと、相分布の変化する流量条件が小口径管の場合と異なることがわかった。解析的には単一のモデル定数では気泡流相分布を予測できないこと、気泡径の情報を取り込んだモデルを構築する必要のあることがわかった。

論文

Visualization of exchange flows through breaches of a vacuum vessel in a fusion reactor under the LOVA condition

高瀬 和之; 功刀 資彰; 藤井 貞夫*; 柴崎 博晶*

Flow Visualization Image Process. 1997, 1(00), p.185 - 190, 1997/00

核融合炉の真空容器が破断した場合(LOVA)に置換流に同伴されて真空容器内部から外部に放出される放射化ダストの微粒子の飛散挙動を定量化するための手法開発を目的として、破断口部に生じる置換流挙動を煙を使って可視化し、その結果を相関法によって画像処理して置換流の局所速度分布、平均流速、置換流量等を特定する研究を実施した。筆者らの一部は、LOVA時の置換流挙動は真空容器内の置換量と時間の関係から破断直後の急変化領域、その後の過渡領域、及び十分時間が経過した後の最終領域の3領域に大別できることを既に明らかにしている。本研究の結果、可視化画像から推定した破断口部の置換流の平均流速計算値は、前述した最終領域における結果を良く模擬するものの、速度変化の割合が大きい急変化領域や過渡領域の結果を予測することは困難であることが分かった。しかしながら、非接触で置換流挙動を把握することが可能である可視化システムは、微粒子ダストの飛散挙動の定量化に有効であることが確認できた。今後は、微粒子ダストを含む高速気体の流動挙動を観察できるように現状の可視化システムを改良する考えである。

論文

Experimental and numerical studies on heat transfer and fluid flow characteristics in a vacuum vessel of fusion reactor after the loss-of-vacuum-events occurred

高瀬 和之; 功刀 資彰; 関 泰

Proc. of Int. Topical Meetig on Advanced Reactors Safety, 2, p.1268 - 1275, 1997/00

国際熱核融合実験炉(ITER)のトカマク型真空容器をスケールモデルで模擬した予備実験装置を使って、核融合炉の真空境界破断事象(LOVA)時における伝熱流動特性を定量的に調べた。実験では作動流体に空気とヘリウムガスを用い、真空容器内部を最高200$$^{circ}$$Cに加熱下条件で模擬破断口を開口して真空容器内の置換量及び温度分布の変化を測定した。この結果をもとに、LOVA時の真空容器内の置換流挙動を明らかにした。また、LOVA発生後の真空容器内の温度分布を数値解析的に評価した。解析結果は実験結果を比較的よく予測できたが、LOVA発生直後の過渡領域における数値予測は困難であった。今後は過渡時の置換流挙動を予測できる数値モデルを検討する。

論文

Experimental study on developing air-water two-phase flow along a large vertical pipe; Effect of air injection method

大貫 晃; 秋本 肇

Int. J. Multiph. Flow, 22(6), p.1143 - 1154, 1996/00

 被引用回数:37 パーセンタイル:82.81(Mechanics)

大口径垂直管(内径Dh:0.48m、流路長さLとDhの比:約4.2)内の未整定域を含む空気/水二相流の流れの構造を実験的に調べた。未整定域で極端に異なる流れの構造を実現するため2種類の空気注入方法(多孔焼結金属による注入及びノズル注入)を採った。小口径管(Dh≦約0.05m)でスラグ流の現れる条件であっても、空気注入方法によらず流路を占有するスラグ気泡は見られなかった。テスト部下半分での区間差圧分布及び相分布は空気注入方法に依存した特異な分布を示した。しかしながら、テスト部上半分では空気注入方法の効果は小さかった。テスト部上端での区間ボイド率をKataokaの式と比較したところ、ドリフトフラックスモデルの分布パラメータはDhの効果を含めてモデル化すべきこと、及び気泡径分布が空気注入方法に依存することがわかった。

論文

Void fraction distribution measurement in two-phase flow by real-time neutron radiography and real-time image processing

竹中 信幸*; 浅野 等*; 藤井 照重*; 村田 裕*; 持木 幸一*; 田口 亮*; 松林 政仁; 鶴野 晃

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 377, p.153 - 155, 1996/00

 被引用回数:8 パーセンタイル:59.58(Instruments & Instrumentation)

実時間中性子ラジオグラフィ及び実時間画像処理を用いて気液二相流の実時間における二次元ボイド率分布の計測を行った。本研究では、JRR-3M熱中性子ラジオグラフィ装置と武蔵工業大学が開発した動画像処理装置を用いた。また、二次元及び断面のボイド率分布を計算するための画像処理法を提案した。ボイド率分布は、中性子ラジオグラフィ画像の非線型処理により計算され、実時間で擬似カラーを用いて表示された。実験では、気液二相流は矩形容器内の水プールの底に取付けた針を通してガスを注入することにより発生させた。実験及び解析の結果、本研究において開発された手法は、従来から行われている二相流研究における基礎研究と同様に工業利用にも有効であることが分かった。

論文

Distribution of CuO$$^{+}$$ in La$$_{2}$$CuO$$_{y}$$ and La$$_{1.85}$$Sr$$_{0.15}$$CuO$$_{y}$$ pellets and their superconducting properties

佐々木 祐二

Analytical Sciences, 11, p.1005 - 1008, 1995/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:7.46(Chemistry, Analytical)

酸化物超伝導物質、La$$_{2}$$CuO$$_{y}$$とLa$$_{1.85}$$Sr$$_{0.15}$$CuO$$_{y}$$ペレット試料中のCuO$$^{+}$$濃度と分布状態が2段に連結したカラム電極を用いるフロークーロメトリーにより測定された。ペレット試料のCuO$$^{+}$$濃度は試料の熱処理条件には依存せず、一方ペレット表面から内部に向うCuO$$^{+}$$の分布状態は熱処理に依存した。酸素気流中で処理を行った試料はその表面において、CuO$$^{+}$$濃度の高い部分があることが分かり、その部分の超伝導特性は内部のそれと比べて1.2~1.3倍高いことが認められた。

論文

Measurement of radial void distribution of two-phase flow in a round tube by using neutrons as a probe

日引 俊*; 三島 嘉一郎*; 鶴野 晃

Proc. of 2nd Int. Topical Meeting on Neutron Radiography System Design and Characterization, 0, p.316 - 323, 1995/00

中性子ラジオグラフィを用いた円管内二相流の管径方向ボイド率分布計測法の提案を行った。ビームの非平行度および散乱中性子に起因する画像のボケがそれぞれ無視および補正可能な被検体-コンバータ距離を求め、この条件下でのみ画像は被検体の内部情報を保持しており本法が適用可能であることを示し、円管内空気-水二相流実験を行い、管径方向ボイド率の計測を行った。本法は鞍型分布のような複雑なボイド率分布にも適用可能であることを示した。

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