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論文

平面乱流衝突噴流熱伝達の直接数値シミュレーション; 上壁を有する場合の衝突距離による局所熱伝達率の影響

服部 博文*; 佐藤 博; 長野 靖尚*

日本機械学会論文集,B, 70(696), p.1919 - 1926, 2004/08

衝突噴流はよどみ点近傍で高い熱及び物質伝達率が得られるため工業上の広い分野で多用されている。また、衝突噴流は物質・生命科学実験施設に設置される減速材容器の冷却に使用される。そのため、その流動及び伝熱特性を明らかにすることは各種機器の性能を向上させるために重要である。本研究では、平面衝突噴流熱伝達場に着目し、高精度差分法による直接数値シミュレーションを行った。熱伝達場に最も影響する衝突距離をパラメータとして計算を行い、特に局所熱伝達場の第2極大値の出現に対する熱輸送機構を精査した。

論文

Thermal-hydraulic design of J-PARC cold moderators

麻生 智一; 佐藤 博; 神永 雅紀; 日野 竜太郎; 門出 政則*

Proceedings of ICANS-XVI, Volume 2, p.935 - 944, 2003/07

J-PARCの核破砕ターゲットシステムでは、高い中性子強度・パルス性能を同時に実現できる扁平型構造の非結合型モデレータ、及び、高強度冷中性子ビームを広い立体角すなわち多くの利用者に供給可能な円筒型構造の結合型モデレータを設置する。超臨界水素(1.5MPa,20K)の使用を視野に入れた冷減速材の設計においては、容器構造設計とともに、容器内流動の妥当性を最適化する必要がある。扁平型及び円筒型冷減速材容器に関して、アクリル製の模擬容器を用いた水による可視化流動実験を行い、再循環流や流れの停滞域などの流動場を明らかにした。流動解析結果と実験を比較し、解析コードを検証した。これにより容器構造に対する実機容器内水素の温度分布の予測が精度よく可能となった。

論文

円筒型冷減速材容器設計のための衝突噴流実験及び解析

麻生 智一; 神永 雅紀; 日野 竜太郎

可視化情報学会誌, 22(Suppl.1), p.127 - 130, 2002/07

原研とKEKが共同で進めている大強度陽子加速器計画で中核となる中性子散乱実験施設において、その中性子性能は中性子源である核破砕ターゲットシステムに設置する冷減速材に大きく依存している。特に、冷減速材容器内の液体水素の温度上昇が中性子性能に大きく影響を及ぼすことから、これまで実機構造の扁平型容器についてPIVを用いた流動実験及び解析を通して設計を進め、工学的に成立する見通しを得た。その後、多岐の利用者に冷中性子を供給可能な円筒型容器が提案され、この模擬試験体を製作して容器内流動場を把握するための可視化実験及び解析を実施した。PIVを用いた可視化実験と併せて、衝突噴流部の熱伝達率を測定するとともに、熱流動解析を行って実機減速材における温度分布を評価した。講演ではこれらの実験及び解析結果について報告する

論文

非平衡プラズマ衝突噴流の熱流動解析

功刀 資彰; 江里 幸一郎*; 清水 昭比古*

第32回日本伝熱シンポジウム講演論文集, 0, p.565 - 566, 1995/05

裏面から固気混相衝突噴流で冷却されていると想定した伝熱面へのアルゴンプラズマ衝突噴流の伝熱流動状態の解析を行った。プラズマを一価電離、電気的中性の電磁流体と仮定した1流体2温度プラズマモデルと、電子拡散を両極性拡散とした電子数密度保存の式を用いた。本研究の条件下では、噴流コア外縁域と淀み点付近では電子温度が原子とイオンからなる重粒子の温度より高くなる熱非平衡状態になっており、その領域では電子と重粒子のエネルギー交換が発生していること、また、伝熱面においてプラズマから8MW/m$$^{2}$$程度のピーク熱流束が除熱可能であることが分かった。

論文

平行平板内におけるプラズマ円形衝突噴流の熱流動解析

江里 幸一郎*; 功刀 資彰; 清水 昭比古*

Therm. Sci. Eng., 3(4), p.27 - 33, 1995/00

裏面から冷却され、電気的に浮遊した伝熱試験板へのアルゴンプラズマ円形衝突噴流の伝熱流動の数値解析を行った。伝熱試験板は核融合炉のプラズマ対向材料の候補材であるシリコンカーバイドと仮定し、その裏面の冷却条件は固気混相衝突噴流の熱伝達係数を与えた。プラズマ噴流はその熱非平衡状態を考慮するため、2温度モデルを用いた電磁流体として取り扱った。本研究の条件下では、噴流コア外縁域と淀み点付近では電子温度が原子とイオンからなる重粒子の温度より高くなる熱非平衡状態になっており、その領域では電子と重粒子のエネルギー交換が発生している。そこでは電子の放射損失やイオン-電子間の再結合時における電離エネルギーの放出等の現象が活発に発生していること、また、噴流コアが伝熱試験板に接している領域において、8MW/m$$^{2}$$程度の熱流束が試験板へ流入していることが分かった。

論文

狭あい流路内における平面乱流衝突噴流熱伝達の数値解析

功刀 資彰; 横峯 健彦*; 一宮 浩市*

日本機械学会論文集,B, 60(573), p.1751 - 1757, 1994/05

乱流衝突噴流の実験的・解析的研究は数多く行われているが、その重要な特性の一つである衝突面上の局所熱伝達率分布の第2ピークの成因については、それほど明確にされていない。本研究では、狭隘流路内の平面乱流衝突噴流伝達を対象として、低レイノルズ数型非等方$$kappa$$-$$varepsilon$$乱流モデルを用いた数値解析を実施し、局所熱伝達分布の第2ピークの予測に成功するとともに、その成因について乱流熱輸送の面から明らかにした。また、本研究対象のような強い非等方性を有する流れ場の乱流解析には、乱流の非等方モデリングと同時に壁近傍の低レイノルズ数効果を考慮する必要のあることが示された。

論文

Numerical and experimental study on heat transfer of an impinging turbulent plane jet with confined wall

功刀 資彰; 横峯 健彦*; 一宮 浩市*

Heat Transfer in Turbulent Flows, 1993; HTD-Vol. 246, p.25 - 31, 1993/00

乱流衝突噴流の実験的及び解析的研究は、古くから数多くなされているが、そのほとんどは、衝突壁への自由噴流衝突に関するものであり、本研究で対象としている狭隘流路内における衝突噴流熱伝達に関する報告は極めて少ない。本報では、狭隘流路内における平面乱流噴流の衝突熱伝達を実験的に調べ、その伝熱流動特性を非等方k-$$varepsilon$$乱流モデルを用いて数値解析により明らかにした。

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