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論文

自由界面渦による気相巻き込み現象の定量評価

鳥川 智旦*; 大平 直也*; 伊藤 大介*; 伊藤 啓*; 齊藤 泰司*; 松下 健太郎; 江連 俊樹; 田中 正暁

混相流, 36(1), p.63 - 69, 2022/03

ナトリウム冷却高速炉(SFR)において、炉容器上部プレナム内の自由界面で、自由表面渦によるカバーガス巻込みが発生し、巻き込まれたガスが炉心を通過することで炉出力の擾乱を生じる可能性がある。そのため、巻き込みガスの流量を正確に予測するための評価モデルの開発が重要となる。既往研究における単一渦のガス巻込み試験では、一般的に、ガス巻込みは上部タンクの自由表面渦によって引き起こされ、吸込み管によって下部タンクにおいてガスが液体から分離される。しかし、これらの研究では、上部タンクと下部タンクとの間の圧力差の影響に着目していない。本研究では、上下部タンク間の圧力差の影響に着目した単一渦のガス巻込み試験を行った。上部タンクと下部タンクとの圧力差は、下部タンクのガス圧力を変更して制御した。その結果、上部タンクと下部タンクの圧力差が増加するにつれ、巻込みガス流量も増加することが分かった。また、吸込み管内の旋回環状流の可視化により、巻込みガス流量が増加すると吸込み管内の圧力降下が大きくなることが分かり、旋回環状流領域における圧力降下に基づいた評価モデルによってガス巻込み流量を予測できることが示唆される。

論文

Chapter 18, Moving particle semi-implicit method

Wang, Z.; Duan, G.*; 越塚 誠一*; 山路 哲史*

Nuclear Power Plant Design and Analysis Codes, p.439 - 461, 2021/00

The Moving Particle Semi-implicit (MPS) method is one kind of particles methods which are based on Lagrangian approach. It has been developed to analyze complex thermal-hydraulic problems, including those in nuclear engineering. Since meshes are no longer used, large deformation of free surfaces or interfaces can be simulated without the problems of mesh distortion. This approach is effective in solving multiphase fluid dynamics which is subject to complex motion of free surfaces or interfaces. Since its development, MPS method has been extensively utilized for wide range of applications in nuclear engineering. In this chapter, the basic theory of the MPS method is firstly explained. Then, some examples of its application in nuclear engineering, including bubble dynamic, vapor explosion, jet breakup, multiphase flow instability, in-vessel phenomenon, molten spreading, molten core concrete interaction (MCCI) and flooding, are presented.

論文

A Study of surface stripper for the AMS system with a footprint below 2 m $$times$$ 2 m

松原 章浩; 藤田 奈津子; 木村 健二

Proceedings of the 8th East Asia Accelerator Mass Spectrometry Symposium and the 22nd Japan Accelerator Mass Spectrometry symposium (EA-AMS 8 & JAMS-22), p.57 - 59, 2020/00

設置面積2m$$times$$2m未満に$$^{14}$$C-AMS装置を小型化する場合、従来の妨害分子の除去法であるガスストリッパーでは真空条件の悪化によりバックグラウンドが高まるという問題が生じる。われわれは、ガスを使用しないストリッパーとしてイオンと固体表面の相互作用を基にしたいわば、表面ストリッパーを提案した。本法の実用化に向けた初期的な取り組みとして、$$^{14}$$Cがテルル化スズの単結晶に入射した際の鏡面反射軌道を数値的に求めた。入射エネルギーが45keV、入射角度が1.5$$^{circ}$$の場合、軌道に沿って積分された電子密度は、従来のガスストリッパーでの妨害分子の除去に十分とされるヘリウムガスの0.4$$mu$$g/cm$$^{2}$$のそれに相当することが分かった。これは、本方法がガスストリッパーに匹敵する妨害分子の除去機能があることを示唆する。

論文

Role of soil-to-leaf tritium transfer in controlling leaf tritium dynamics; Comparison of experimental garden and tritium-transfer model results

太田 雅和; Kwamena, N.-O. A.*; Mihok, S.*; Korolevych, V.*

Journal of Environmental Radioactivity, 178-179, p.212 - 231, 2017/11

 被引用回数:6 パーセンタイル:31.3(Environmental Sciences)

環境中トリチウム移行モデルは有機結合型トリチウム(OBT)が組織自由水中トリチウム(TFWT)から直接形成されると仮定している。一方、植生中OBT/TFWT比は一定でないことが観測されている。本研究では2つのトリチウム移行モデル(CTEM-CLASS-TT及びSOLVEG-II)の計算値及びトリチウム放出施設近傍での野外実験の観測値の比較を行った。野外実験では3つの異なる灌漑(灌漑なし、低トリチウム水による灌漑及び高トリチウム水による灌漑)が施され、得られたトリチウム移行の差異は土壌から葉へのトリチウム輸送が葉内OBT/TFWT比に及ぼす影響に関する知見を与えるものであった。灌漑なし及び低トリチウム水による灌漑では、葉のTFWT及びOBT濃度の計算値は施設起因のトリチウムプルームの通過に対応した経時変化を示した。高トリチウム水による灌漑下では、土壌中の高濃度トリチウムの影響により、葉のTFWT濃度が高く維持され、OBT濃度はこのTFWT濃度と平衡となり、プルームの通過に関係なく高い値が保たれた。以上より、土壌中トリチウム濃度が高い状況では、土壌から葉へのトリチウム輸送の効果により、大気中トリチウム濃度に関係なく葉のOBT/TFWT比が決まることが明らかとなった。このことはトリチウムの経口摂取による被ばくを正確に評価するためには、トリチウム移行モデルは土壌から葉へのトリチウム輸送を厳密に考慮する必要があることを示している。

論文

Evaluation of gas entrainment flow rate using numerical simulation with interface-tracking method

伊藤 啓; 大野 修司; 小泉 安郎*; 河村 拓己*

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

The gas entrainment (GE) due to free surface vortex is one of important issues in the safety study on sodium-cooled fast reactors. In this paper, the authors perform numerical simulations of a simple GE experiment. To simulate interfacial deformations accurately, a high-precision interface-tracking method is employed. Two kinds of fluids, i.e. water and silicone oil, are considered as the working fluid in the simulations and the flow rate is changed over a wide range as the simulation parameter for both fluids. As a result of the numerical simulations, the evaluated values of the entrained gas flow rates shows good agreements with the experimental data. In addition, both the simulation results and experimental data provide the entrained gas flow rate in proportional to the average velocity at the cylindrical tank outlet.

報告書

高温融体中への水ジェットの貫入と直接接触沸騰に関する研究

柴本 泰照

JAERI-Research 2005-016, 127 Pages, 2005/08

JAERI-Research-2005-016.pdf:4.54MB

高温の融体の表面に注がれる水の沸騰は、融体中に水が侵入することで伝熱面積が拡大することとあいまって、高効率の熱伝達を提供する。本研究は、融体中に水が強制注入される場合(冷却材注入モード)について、融体と水との間の力学的・熱的相互作用を支配する現象を解明し、将来の工業上の応用に資することを目的としている。同現象は冷却材注入モード以外の他の燃料-冷却材相互作用(FCI)の結果として生じることも指摘されており、FCI素過程の解明に資することも期待できる。本研究では、実験的なアプローチとして、高速度撮影中性子ラジオグラフィ並びに新たに開発したプローブを採用し、融体-水-蒸気混相流の可視化と計測を行った。このような手段によっても、実験的に得られる情報には依然として限界があるが、関連現象から得られる知見との比較を含め、実験データの詳細な分析を行った。その結果、本現象の特徴である高効率な熱伝達を安定に達成させる条件について、安定性を支配する因子を明らかにし、その成立条件を示すことに成功した。さらに、本現象のような流体自由表面の移動を伴う現象の解明に有用な、界面付近の速度場・圧力場を界面形状の時間変化から算出する方法を開発した。

報告書

高速噴流ノズルの壁面加工粗さが自由表面噴流に与える影響に関する実験

中村 弘史; 井田 瑞穂*; 中村 博雄; 中村 秀夫; 江里 幸一郎; 秋場 真人

JAERI-Research 2000-068, 30 Pages, 2001/02

JAERI-Research-2000-068.pdf:3.88MB

国際核融合材料照射施設(IFMIF)では、液体リチウムの噴流ターゲットを生成するため、金属製縮流ノズルを用いる。本研究では、ノズル製作時に必要とされる加工精度等を決定するため、ノズルの内面粗さが自由界面の乱れに与える影響について、内表面の加工粗さの異なる二種類のノズルを用いた水模擬実験による検討を行った。また、噴流周りの雰囲気圧力の影響についても調べた。その結果、表面加工粗さが▽(100$$mu$$m)の場合、液面の乱れは大きく、流速が高速になると液滴の発生も観察されたが、▽▽▽(6.3$$mu$$m)の場合、液面の乱れは鏡面仕上げの場合と同程度であり、十分使用に耐えることを確認した。また、液面の乱れの雰囲気の影響は小さいことがわかった。

論文

Free surface shear layer instabilities on a high-speed liquid jet

伊藤 和宏*; 辻 義之*; 中村 秀夫; 久木田 豊*

Fusion Technology, 37(1), p.74 - 88, 2000/01

板状の高速液相ジェット流(3.5~20m/s)の自由界面下にある剪断層の安定性について調べ、線形安定性理論で最も不安定な波数と擾乱の空間成長率が水ジェット流のデータを良く予測することを示した。このような界面不安定性は、液体ターゲットとして用いられる液体金属ジェット流に自由界面波を生成し、その特性に悪い影響を及ぼす場合がある。さらに水模擬実験のデータの液体金属への適用性を評価するために、表面張力と流線の曲率が安定性に与える効果を調べ、剪断層の厚さに基づくWeber数が6以上及び曲率半径が剪断層の厚さの30倍以上であれば、各々の効果が無視できることを示した。

報告書

Multi-dimensional numerical analyses for the IFMIF target jet flows

井田 瑞穂*; 加藤 義夫; 中村 秀夫

JAERI-Research 98-022, 46 Pages, 1998/03

JAERI-Research-98-022.pdf:1.92MB

1995年2月に開始された国際核融合材料照射施設(IFMIF)設計活動の一環として、凹面壁に沿った液体リチウム(Li)ジェットの特性を、多次元熱流体解析コードFLOW-3Dで調べた。IFMIFは、低放射化、耐照射性核融合材料の試験、開発のため、Liターゲット内での重陽子-Li反応で、高エネルギ(約14MeV)の高中性子束照射場を供する。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。絞りノズル出口付近の流れに関する流体解析により、流速分布の変遷を明確にした。凹面壁上ジェット内の静圧の影響を受けたノズル内圧力分布により、流れは表面付近では加速され、壁付近では減速された。その結果は水による模擬実験での測定値と一致した。さらに、ビーム照射領域端付近での3次元的対流による影響を、2次元計算で明確にした。自由表面での温度上昇は熱的不安定を起こさない程度に小であった。

論文

自由界面を含む多相流の直接数値解析法

功刀 資彰

日本機械学会論文集,B, 63(609), p.88 - 96, 1997/05

本研究は、VOF(Volume of Fluid)法の特徴である質量の完全な保存性を保ちつつ、その欠点である界面こう配輸送の不正確性を克服する新しい流体率輸送法を開発し、最終的には相変化を伴う固体・液体・気体の混在する多相熱流体の統一的直接解析手法の構築を目指している。本報告では、表面張力モデルの取り扱い及び新しく開発した「界面こう配を考慮した界面輸送法」を含む多相流の直接解析手法MARS(Multi-interface Advection and Reconstruction Solver)の概要を述べるとともに、解析例として、2次元気泡塔下部オリフィスから連続的に発生する気泡及び発生した気泡同士の合一挙動、3次元気泡塔内における2つの気泡の合一挙動及び2次元容器内における沸騰・凝縮挙動シミュレーションを示す。

論文

複数表面欠陥からの疲労亀裂伝播挙動評価法,I; 表面欠陥付SUS304L鋼製平板試験片の亀裂伝播試験結果と伝播評価法

柴田 勝之; 横山 憲夫; 大塚 敏弘*; 川村 隆一; 宮園 昭八郎

日本原子力学会誌, 27(3), p.250 - 261, 1985/00

 被引用回数:13 パーセンタイル:82.41(Nuclear Science & Technology)

複数表面き裂の伝播問題は構造機器の疲労寿命評価において実用上の重要性が高い問題であり、この観点からこれまで多くの研究が行われてきたが、表面効果や干渉効果等について未だ明らかでない面も多い。本研究では、上記の表面効果や干渉効果について実験的に検討するために、複数表面欠陥付平板試験片を用いて3ケースの疲労き裂伝播試験を行った。試験結果から表面効果および干渉効果について評価式が得られた。これらの評価式を基にき裂形状変化を含めた複数表面き裂の伝播予測法を提案するとともに試験結果と比較した。さらに、表面き裂の伝播中における形状変化や非合体隣接き裂判定法についても検討した。

論文

Effect of pre-treatment of polyethylene surface on adsorption of carrier-free $$^{9}$$$$^{0}$$Y

佐藤 忠

Radiochem.Radioanal.Lett., 27(1), p.21 - 25, 1976/01

ポリエチレン表面への無担体イットリウムー90の吸着における表面処理の効果が、溶液のPH4及10で研究された。表面処理の効果は溶液のPHが4の時著しく、クロム酸混液処理、ガスバーナーによる半溶融は吸着量を増加させるが、塩酸処理は吸着量を減少させる。溶液のPHが10の時は、これらの効果は顕著でない。

口頭

渦による自由液面からのガス巻込み現象観察と物性評価

大手 直介*; 小泉 安郎*; 上出 英樹; 大野 修司; 伊藤 啓

no journal, , 

ナトリウム冷却高速炉におけるガス巻込み研究の一環として、円筒容器内に形成される自由表面渦によるガス巻込み量の計測実験(高速炉カメラを用いたガス巻込み形態の可視化)を実施している。過去の研究では、試験流体として水を用いていたが、本研究では新たにケロシンとシリコンオイルを用いた試験を行い、流体物性がガス巻込み挙動に与える影響について評価する。

口頭

Xeon Phiによる共有メモリ型計算手法の数理モデルを含む船舶周り流れへの適用

大橋 訓英*; 小野寺 直幸

no journal, , 

海上技術安全研究所で開発している船舶抵抗解析のCFDコードに対して、メニーコア型のプロセッサであるIntel Xeon Phi Knights Landingに対してのポーティングおよび性能測定を実施した。2方程式モデルのRANSコードに対して重合格子を適用した計算体系の解析では、Intel Xeon Phiを利用することでコア数に応じて、スレッド並列性能が増加していくことを確認した。

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