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安部 諭; 柴本 泰照
Nuclear Engineering and Technology, 55(5), p.1742 - 1756, 2023/05
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Nuclear Science & Technology)The hydrogen behavior in a nuclear containment vessel is a significant issue when discussing the potential of hydrogen combustion during a severe accident. After the Fukushima-Daiichi accident in Japan, we have investigated in-depth the hydrogen transport mechanisms by utilizing experimental and numerical approaches. Computational fluid dynamics is a powerful tool for better understanding the transport behavior of gas mixtures, including hydrogen. This paper describes a large-eddy simulation of gas mixing driven by a high-buoyancy flow. We focused on the interaction behavior of heat and mass transfers driven by the horizontal high-buoyant flow during density stratification. For validation, the experimental data of the Containment InteGral effects Measurement Apparatus (CIGMA) facility were used. With a high-power heater for the gas-injection line in the CIGMA facility, a high temperature flow of approximately 390
C was injected into the test vessel. By using the CIGMA facility, we can extend the experimental data to the high temperature region. The phenomenological discussion in this paper help understand the heat and mass transfer induced by the high-buoyancy flow in the containment vessel during a severe accident.
安部 諭; 岡垣 百合亜
Nuclear Engineering and Design, 404, p.112165_1 - 112165_14, 2023/04
被引用回数：2 パーセンタイル：46.61(Nuclear Science & Technology)Pressurized Thermal Shock (PTS) is induced potentially by the rapid cooling of the cold-leg and downcomer wall in the primary system of a Pressurized Water Reactor (PWR) due to the initiation of Emergency Core Cooling System (ECCS). Thus, fluids mixing in a horizontal cold-leg and downcomer should be predicted accurately; however, turbulence production and damping often hinders this prediction due to the presence of the density gradients. Hence, the Fifth International Benchmark Exercise, the cold-leg mixing Computational Fluid Dynamics (CFD) Benchmark, was conducted under the support of OECD/NEA. The experiment was designed for visualization of the mixing phenomena of two liquids with different densities. The heavy liquid was a simulant of cold water from ECCS, in a horizontal leg and downcomer. We used the Large-eddy Simulation (LES) to investigate the time fluctuation behaviors of velocity and liquid concentration. The CFD simulation was performed with two turbulence models and three different numerical meshes. We investigated the characteristics of the appearance frequency of the heavy liquid concentration with the statistical method. Based on our findings, we propose further experiments and numerical investigations to understand the fluid mixing phenomena related to PTS.
廃炉環境国際共同研究センター; 京都大学*
JAEA-Review 2022-027, 85 Pages, 2022/11
JAEA-Review-2022-027.pdf:5.72MB
日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和2年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所(1F)の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、平成30年度に採択された「ガンマ線画像スペクトル分光法による高放射線場環境の画像化による定量的放射能分布解析法」の平成30年度から令和3年度の研究成果について取りまとめたものである(令和3年度まで契約延長)。本課題は令和3年度が最終年度となるため4年度分の成果を取りまとめた。本研究では、ガンマ線イメージング装置であるETCCを1F廃炉事業での使用可能な可搬型装置でかつ高線量環境下で動作可能なように改良し、廃炉の現場に導入できるようにした。ETCCは世界初の光学カメラと同じ全単射撮像が可能なガンマ線カメラである。そのためETCCは一般的な定量的画像解析法を放射線にも適用可能とすることが可能で、1Fの廃炉に係る解決すべき6つの重点課題に革新的進展をもたらす。例えば廃炉工事で発生する汚染の飛散を3次元ガンマ線イメージングによりオンラインで検知、さらに拡散の動的な検知から精度の高い拡散予想を可能にする。それを実証するため令和元年に、1F敷地内1㎞四方を一度に画像モニタリングし、同時に100か所以上のスペクトル観測を実現し、今まで不明だったスカイシャインガンマ線スペクトル及び分布の計測に成功した。さらに京都大学複合原子力科学研究所原子炉建屋内の3次元線量計測を実施、微量なAr41の大気拡散を3次元の動画撮像に成功。廃炉を超え一般の原子炉での高精度な放射線3次元画像モニタリング及び放射能拡散予想システムが実現できることを示す画期的な成果が得られた。
廃炉環境国際共同研究センター; 京都大学*
JAEA-Review 2020-044, 79 Pages, 2021/01
JAEA-Review-2020-044.pdf:4.39MB
日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和元年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、平成30年度に採択された「ガンマ線画像スペクトル分光法による高放射線場環境の画像化による定量的放射能分布解析法」の令和元年度の研究成果について取りまとめたものである。本研究では、ガンマ線イメージング装置であるETCCを高線量環境下で動作可能に改良するとともに、可搬型システムを構築して、福島第一原子力発電所(1F)の現場に導入できるようにする。また、ETCCを応用した定量的放射能分布解析法を開発し組み合わせることで、1Fの廃炉に係る解決すべき6つの重点課題に革新的な進歩をもたらす。これにより、3次元放射線分布、その由来の放射能分布を定量的に可視化できるシステムを実現させる。
中山 浩成; 永井 晴康
JAEA-Data/Code 2015-026, 37 Pages, 2016/03
JAEA-Data-Code-2015-026.pdf:2.48MB
数km四方の局所域スケールにおいて詳細に大気拡散計算を行える数値シミュレーションモデル、局所域高分解能大気拡散モデルを開発した。このモデルは、非定常挙動予測に優れたLarge-Eddy Simulation乱流モデルに基づき設計されている。基本方程式は、連続の式、流体運動方程式、空気中濃度の輸送方程式により構成されている。建造物や局所地形は数m程度の高分解能計算格子で精緻に解像され、それらの乱流効果は境界埋め込み法によって表現されている。大気乱流場の再現にあたっては、主解析領域の上流側に乱流駆動領域を設け、リサイクリング手法によって境界層乱流を作り出している。この乱流変動風を主解析領域に時々刻々与えることで、計算対象領域における大気乱流および拡散挙動を詳細に評価できるようになっている。
井田 真人; 谷口 伸行*
Physical Review E, 69(4), p.046701_1 - 046701_9, 2004/04
被引用回数：1 パーセンタイル：5.65(Physics, Fluids & Plasmas)本論文ではラージ・エディ・シミュレーション(LES)による安定かつ高精度な乱流計算の実現可能性に関するわれわれの最近の理論的研究[Ida and Taniguchi, Phys. Rev. E 68, 036705 (2003)]を拡張する。以前の論文では主流速度成分の瞬時値に関する簡単な仮定に基づき、ガウシアン・フィルターのナビエ・ストークス方程式への適用が数値的に不安定な項を発生させうることを示した。この結果は、はたして数値的に安定なサブグリッド・スケール・モデルで高精度な数値計算を成しえるのかという疑問を投げかけるものであった。本論文では速度成分の統計平均値に関する仮定に基づき、統計平均速度場中のせん断から定係数の逆拡散項が派生し、それにより時間変動成分が不安定になる場合があることを示す。この発見は壁乱流のLESで度々問題となる厄介な数値不安定を説明するものである。ここで得られた結果は、仮に乱流モデリングに何の不具合が無くとも、得られたサブグリッド・スケール・モデルはなおも不安定な性質を持ちうること、つまり、既存の複数のモデルが持つ数値不安定性は人工的な操作によって単純に取り去ってしまってよいものではなく、正確に扱うよう真剣に取り組むべきものであることを示唆している。
河村 洋*; 中村 誓一*; 佐竹 信一*; 功刀 資彰
Therm. Sci. Eng., 2(2), p.16 - 25, 1994/00
二重円管内乱流の流れ場と温度場について、LESによる解析を行い、内管上のヌセルト数を求め、これについて内外径比の影響を考察して整理式を得た。内管が細い場合、内管近傍の無次元化した温度ピークは減少するが、これは一種の層流化傾向として理解できることを示した。内管加熱を行った場合、内管近傍で速度場と同様の温度ストリークが確認された。内管近傍では温度場と速度場は非常に良い対応を示しているが、内管から離れるにつれて温度場は一様になることが示された。内管近傍の乱流構造には、平行平板と同様なストリーク構造及び細長い縦渦構造が見られた。さらに、細い内管上で高速のストリークが衝突し、極めて大きい低圧域を生ずることを見出した。
中山 浩成; 竹見 哲也*
no journal, ,
数値流体工学・境界層気象・大気拡散などの研究分野においてLarge-Eddy Simulation (LES)を用いる際、最も難しい問題の一つが流入境界条件の取り扱い方である。大気は、地表面との摩擦や熱的影響により常に乱流状態にあり、風速も常に変化する。そのため、LESでは、その変動性状に応じて時間変化する風速値を流入境界に与える必要がある。本研究は、リサイクリング手法の改良により短い吹送距離で温度成層境界層乱流の生成を可能にした計算手法を提案し、既往の風洞実験結果と比較することにより、その有効性を検証することを目的とする。
中山 浩成; 竹見 哲也*; 永井 晴康
no journal, ,
大気・陸域・海洋での放射性物質の移行挙動を包括的に予測できるSPEEDI-MPにおいて、Large-Eddy Simulation(LES)モデルを用いた局所域大気拡散予測システムの開発とその導入を目指している。今回は、領域気象モデルとLESモデルとの結合により、2011年3月11日に東日本大震災により引き起こされた福島第一原子力発電所の事故時における気象場を対象に単位放出されたプルームの局所域大気拡散シミュレーションを行う。本発表では、一定値の風速・温位データをLESモデルの流入境界条件に与えた一定気象条件下と、気象モデルにより得られた風速・温位データなどを流入境界に与え気象状況の変化を考慮した条件下で局所域大気拡散計算を行い、それぞれの条件下で得られたプルーム拡散挙動パターンを比較することで、結合計算手法の有効性について議論する。
小野寺 直幸; 井戸村 泰宏; 長谷川 雄太; 中山 浩成; 下川辺 隆史*; 青木 尊之*
no journal, ,
本論文では、風況デジタルツインの実現に向けた現実的な乱流境界層再現のためのデータ同化手法を提案する。本研究グループでは、格子ボルツマン法に基づく汚染物質拡散解析コードCityLBMを開発している。CityLBMは、GPUスーパーコンピュータ上において、適合細分化格子法を用いることで、数km四方の実時間アンサンブル解析が可能である。ここでは、CityLBMの境界条件として、メソスケール気象予測モデルの風況データをナッジング法を用いて同化している。本研究では、観測データに基づいてパーティクルフィルタによりナッジング係数を動的に最適化する手法を新たに提案した。この手法により、終日の風況プロファイルが観測データと一致することが確認され、大気の状態が大きく変化する終日のシミュレーションに適用することが可能となった。
