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報告書

Flow separation at inlet causing transition and intermittency in circular pipe flow

小川 益郎*

JAEA-Technology 2019-010, 22 Pages, 2019/07

JAEA-Technology-2019-010.pdf:1.5MB

円管内流れは、流れが実際に遷移し、遷移流が間欠性を示すにもかかわらず、あらゆる小さな外乱に対して線形的に安定である。このことは、流体力学ではまだ解決されていない大きな課題の一つである。そこで、著者は、これまで誰も気がつかず認識してこなかった事実を初めて指摘する。この事実というのは、「円管内の流れは、流れの剥離によって、円管入り口付近に形成される剥離泡から放出された渦のために層流から遷移し、そして渦放出が間欠的であるために遷移流が間欠性を示す。」というものである。この事実は、円管の入口形状が遷移レイノルズ数に大きく影響することや、第3の遷移現象に分類されている外側円筒が支配的に回転する同心二重円筒間の流れが円管内の遷移流れと同様に流れの剥離によって間欠性を示すといった、多くの実験結果によって裏付けられている。本研究によって、高温ガス冷却炉の熱流体設計において最も重要な課題の一つである熱伝達促進のために、急縮小型の入口形状が遷移開始レイノルズ数をできる限り小さくできることを明らかにした。

論文

Influence of inlet velocity condition on unsteady flow characteristics in piping with a short elbow under a high-Reynolds-number condition

小野 綾子; 田中 正暁; 小林 順; 上出 英樹

Mechanical Engineering Journal (Internet), 4(1), p.16-00217_1 - 16-00217_15, 2017/02

次世代型ナトリウム炉では、炉容器コンパクト化や建設コスト削減のため、主冷系が2ループになることや曲がりの強いショートエルボが配管の一部に採用される設計である。この場合、ホットレグ配管の直径は約1.27mとなり、その中を9m/sでナトリウムが流れる設計となる。このとき、レイノルズ数は4.7$$times$$10$$^{7}$$に到達する。このような状況下では、ショートエルボ部で発生する圧力変動が加振力となる流力振動の発生が考えられる。本論文では、ショートエルボ内の非定常流動挙動に配管の入口条件が与える影響について研究された。実験では、バッフル板を用いて、エルボの上流の流動条件を設定した。粒子画像計測法により取得した速度ベクトル図より、入口条件は周囲二次流れに影響を与えることや、低周波数の乱れ成分はエルボの下流まで残存することを明らかにした。

論文

The Effect of profile of inlet velocity on the pressure fluctuation on the inside wall of short-elbow

小野 綾子; 田中 正暁; 小林 順; 上出 英樹

Proceedings of 9th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-9) (CD-ROM), 7 Pages, 2014/11

The flow induced vibration (FIV) is concerned at the hot-leg piping of JSFR because of large Reynolds number in it. The pressure fluctuation in the piping causes FIV as the excitation force, which relates to velocity fluctuation. In this study, the measurement of pressure fluctuation in the elbow piping revealed that inlet velocity condition affect to the area of separation flow and the pressure fluctuation generated by the traversing of separation region. And, the measurement revealed that the pressure fluctuation with higher frequency significantly attenuated during the flow passed in the elbow.

論文

Research on PARC process for future reprocessing

朝倉 俊英; 宝徳 忍; 伴 康俊; 松村 正和*; Kim, S.-Y.; 峯尾 英章; 森田 泰治

Proceedings of International Conference ATALANTE 2004 Advances for Future Nuclear Fuel Cycles, 5 Pages, 2004/06

原研では、将来の再処理の基盤として、PUREX法に基づくPARCプロセスを研究している。その鍵となる概念は、U/Pu分配前に、Np, TcをU, Puから分離することによって、一回の抽出サイクルのみでU, Pu製品を得ることである。このプロセスについて、44GWd/tのPWR使用済燃料溶解液を用いて、2回のフローシート試験を実施した。その結果、溶媒流量を上げ、FP洗浄液の硝酸濃度を高めることで、共除染から発生する抽出廃液に残るNp量を、溶解液に含まれていた量に対して13%にまで減少させることができることを示した。また、フローシートを改良して、還元剤濃度と洗浄液流量を上げることによって、n-ブチルアルデヒド選択還元法によるNpの分離効率を36%から78%に改善できることを示した。さらに、高濃度硝酸洗浄によるTc分離の有効性を示した。

論文

A Steady-state simulation model of gas separation system by hollow-filament type membrane module

岩井 保則; 山西 敏彦; 西 正孝

Journal of Nuclear Science and Technology, 36(1), p.95 - 104, 1999/01

 被引用回数:11 パーセンタイル:32.75(Nuclear Science & Technology)

中空糸膜を用いた排ガス中の水素ガス回収システムの定常シミュレーションモデルを提案した。このモデルでは膜の非多孔質部分の拡散、支持構造体中の拡散及び膜表面におけるガス境膜内の拡散を考慮した。システムのガス流れとしては、十字流、混合流、向流、並流の4つの流れを想定した。膜透過の物質移動においては膜の非多孔質超薄膜層が律速段階となっており、全体の物質移動の約99%を支配していることが明らかとなった。当研究室においておこなわれた窒素-水素系あるいは空気-水素系の実験結果は流量10m$$^{3}$$/h、供給圧2580Torr、透過圧80Torrの実験条件において、十字流モデルの結果と一致することが明らかとなった。又水蒸気が混在する空気中からの水素回収において水素回収率は計算結果とよく一致するが水蒸気の回収率は計算値が若干低くなった。この原因は水蒸気の透過係数の不確定性が考えられる。

論文

Numerical evaluation of interfacial area concentration using the immiscible lattice gas

渡辺 正; 海老原 健一

Nucl. Eng. Des., 188(1), p.111 - 121, 1999/00

 被引用回数:6 パーセンタイル:50.79

二相流の界面積濃度の変化を数値的に評価するために、粒子法のひとつである格子ガス法により二次元の典型的な流れ場における相分離及び混合のシミュレーションを行った。二種類の粒子を用いるimmiscible格子ガス法により二相を表現し、均一に混合した状態を初期値とするクェット流れ、層状に分離した状態を初期値とするキャビティー流れを計算し、界面積濃度の変化を調べた。同一の粒子で占められた格子領域を相内部、それ以外を相間と定義し相間領域の割合を界面積濃度とした。いずれの流れ場においても系の代表速度である壁面のすべり速度により界面積濃度が増加し、また定常状態においては壁速度と界面積濃度が相関づけられることが明らかとなった。これにより数値的な相関式の可能性が示された。

論文

側壁が加熱・冷却される水平正方形流路内の複合対流熱伝達に関する三次元数値解析

坂元 美定*; 功刀 資彰; 一宮 浩市*

日本機械学会論文集,B, 61(586), p.2228 - 2234, 1995/06

比較的低いレイノルズ数域における層流複合対流では、熱的境界条件の不均一性や浮力の影響が大きい場合に、流れが3次元的な挙動を示すことが予想される。特に、温度助走域での複合対流特有の複雑な伝熱流動状態を解明することが本研究の命題であり、前報までに等温水平管に関する熱流動機構の解明に成功した。本研究では、側壁温度が異なる水平正方形流路の複合対流伝達について大規模3次元数値解析を実施し、主流と浮力駆動2次流れの干渉により生ずるスパイラル流れの発生と、加熱開始点近傍に出現した複数のはくり泡の発生について報告するとともに、管内圧力勾配の変化や熱伝達特性について、Gr/Re$$^{2}$$パラメータの依存性を検討した。前報と今回の結果から、層流複合対流における温度助走域に発現する複雑な3次元的逆流現象は、高Gr/Re$$^{2}$$パラメータ域における基本的な熱流動機構と考えられる。

論文

等温加熱下の複合対流熱伝達に関する数値解析

功刀 資彰; 一宮 浩市*; 坂元 美定*

日本機械学会論文集,B, 60(572), p.1393 - 1400, 1994/04

最近の微細加工技術の進展は、熱機器の小型化を促進し、特に電子機器などでは集積度を高めて高機能・高性能化を図ることが可能となって来た。従来の機器は、比較的寸法が大きく、伝熱設計を行う場合には、いわゆる強制対流域の特性が重要であった。しかし、機器の寸法が小さくなると、流れを支配するパラメータであるレイノルズ数:Re=UL/$$nu$$(U:代表速度、L:代表寸法、$$nu$$:動粘度)はL$$rightarrow$$小でRe$$rightarrow$$小となり、強制対流による除熱が有効でなくなる領域を扱う必要が出て来る。この領域では複合対流特性をいかに制御するかがポイントとなる。本研究は、矩形流路の全壁面を一定温度(局所熱流束は非一様)として層流複合対流の熱流動特性を非定常3次元熱流体数値解析で検討したものである。自然対流効果が強くなるに従ってはく離流れを伴う3次元的流動状態となり、伝熱特性も大きく変化することが分かった。

論文

Effects of three dimensional flow separation due to non-uniform heating on laminar mixed convection in a square channel

功刀 資彰; 一宮 浩市*; 坂元 美定*

Proc. of 10th Int. Heat Transfer Conf., 0, p.501 - 506, 1994/00

最近の技術進展は目ざましく、多くの微小で複雑な機器(例えば、電子機器等)装置サイズの小型化は、機器からの除熱手法としてのConventionalな強制対流を無力化させる(すなわち、流れの代表寸法が小さくなり、Reynolds数が低下するため、伝熱に有効な乱流域の流れから層流域の流れが主となることによる。)。この様な流れ場では、自然対流効果を利用した複合(共存)対流による伝熱促進及び制御が重要となる。本研究では、壁面の局所熱流束が非一様となる場合の矩形流路内共存対流を3次元非定常N-S方程式を用いて数値シミュレーションし、自然対流効果によって3次元的なはく離流れの生ずること及びこれが流路閉塞効果となって、圧力損失の増大及び熱伝達の局所的促進/低下効果をもたらすことを明らかにした。

論文

Liquid and gas entrainment to a small break hole from a stratified two-phase region

与能本 泰介; 田坂 完二*

Int. J. Multiph. Flow, 17(6), p.745 - 765, 1991/00

 被引用回数:43 パーセンタイル:12.81

成層二相流領域から小破断口への液体及び気体のエントレインメントについて理論的及び実験的な検討を行なった。すべての破断形状について簡単に使用する事ができるように、以前に得られた理論式を破断流量、破断クオリティ及び水位の関係を示す式に修正した。さらに修正された式を常温大気圧条件で行なわれた実験データで評価した。実験結果は破断口周辺の流動条件が対称的である場合、本修正式とよく一致した。実験で観測された渦や横流れや波状流の影響については、本モデルを基にしてその相関関係を明確にした。この相関式を用いる事により高圧の水蒸気実験を含む様々な文献のデータを予測する事ができた。

論文

平行流中に置かれた鈍い物体まわりのポテンシャル流理論,第2報; 円柱の場合

椎名 保顕

日本機械学会論文集,B, 52(473), p.436 - 440, 1986/00

本報告は第一報に引き続いて、平行流中の置かれた鈍い物体のまわりのポテンシャル流理論を円柱の場合に適用し、実験との比較を行ったものである。その結果、亜臨界域では圧力分布はよく一致すること、超臨界域でも比較的よく一致することが確かめられ、本モデルの有効性が確認された。

論文

平行流中に置かれた鈍い物体まわりのポテンシャル流理論,第1報; 垂直平板の場合

椎名 保顕

日本機械学会論文集,B, 52(473), p.431 - 435, 1986/00

流れの中に置かれた鈍い物体まわりの圧力分布や抵抗を求める場合に自由流線理論は有効である。しかし、伝熱促進板が挿入された場合の熱交換器の配管やガス炉炉心内のレストレイントリングのように、狭い流路内に置かれた物体の抵抗を求める場合には、流路壁の影響が与慮されなければならない。本報告は写像平面に湧き出しを付加する事により、ポテンシャル流理論を用いて物体まわりの流れに及ぼす壁の影響を考察し、垂直平板の場合にそれを適用したものである。

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