Experimental study of the effect of interfacial shear stress on jet

柾木 直人*; 金子 暁子*; 堀口 直樹; 吉田 啓之

Extended Abstracts for the 11th JSME-KSME Thermal and Fluid Engineering Conference (J-K TFEC11) (Internet), 6 Pages, 2025/10

原子炉の炉心溶融が発生した場合、溶融燃料はジェット状に冷却材プールへ侵入する可能性がある。ジェットの微粒化は、溶融燃料と冷却材間の熱伝達を促進することから、シビアアクシデントマネージメントにおいて極めて重要である。これまでのジェットの微粒化に関する研究は、ジェットに作用する界面せん断応力に着目してきた。界面せん断応力は、界面波の成長と変形に寄与し、最終的には液滴形成を促進する要因となる。しかし、円柱状のジェットにおける界面波の発展を観察し、界面に作用するせん断応力を定量化することは実験では極めて難しいため、界面せん断応力がジェットに与える影響は未だ十分に解明されていない。本研究は、ジェットに及ぼす界面せん断応力の影響を実験的に明らかにすることを目的とする。実験は3D-LIF法およびPIVを用いた液-液系で行った。ここで、両相の屈折率を一致させるためジェット相にグリセロール-水溶液を、連続相にシリコーンオイルを用いた。ジェットは直径3mmのノズルからプールへ垂直下方に侵入させた。噴出速度は2.6m/s、プールの深さは30mmとした。3D-LIF法およびPIVのため、ローダミン6Gおよびトレーサ粒子を用いた。結果として、ジェットの界面で2種類の波が観察された。ノズルから15mm以上離れた界面では、大きな波が二次元(軸対称)で現れ、それらの表面上に波長=1mmの三次元的な小波が形成されることが確認された。さらに、小波に作用する界面せん断応力は、大波に作用するそれよりも大きいことが明らかとなった。また、小波からは容易に液滴が形成されることが観察された。これらの結果から、小波に高い界面せん断応力が作用することにより、液滴形成が促進されることを実験的に結論付けた。

Prediction of interfacial shear stress and pressure drop in vertical two-phase annular flow

Zhang, H.*; 梅原 裕太郎*; 吉田 啓之; 森 昌司*

International Journal of Heat and Mass Transfer, 218, p.124750_1 - 124750_11, 2024/01

https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.124750

The interfacial shear stress and pressure drop of an upward vertical annular flow of nitrogen-water, HFC134a-water, and nitrogen-95% ethanol solution were comprehensively investigated considering the effect of the liquid-gas density ratio and surface tension. A direct link between the disturbance wave height and equivalent sand-grain roughness was noted through the analogy with the famous Moody chart for single-phase turbulent flows. A predictive model of the interfacial friction factor was developed based on this finding. To predict the pressure drop of the annular flow, a new model with good predictive performance for annular flows of various working fluids including steam-water under boiling water reactor operating condition (286C and 7MPa) was proposed.

鉄筋コンクリート耐震壁に対する等価線形解析の適用性検討; 原子炉建屋耐震壁終局応答試験の三次元有限要素法シミュレーション解析

市原 義孝*; 中村 尚弘*; 森谷 寛*; 堀口 朋裕*; 崔 炳賢

日本原子力学会和文論文誌, 21(1), p.1 - 14, 2022/03

AA2020-0911.pdf:8.99MB

https://doi.org/10.3327/taesj.J20.038

本研究は、鉄筋コンクリート構造物の非線形性の影響を近似的に等価線形解析手法による地震応答解析で評価することを目的に、1996年にOECD/NEAによる国際解析コンペで使用された原子炉建屋耐震壁終局応答試験の三次元有限要素法によるシミュレーション解析を実施した。耐震壁の等価剛性及び等価減衰は、日本電気協会が提案するトリリニア型スケルトンカーブ、Cheng et al.が提案する履歴曲線より求め、せん断ひずみ調整ファクターは感度解析より0.70に決定した。その結果、せん断ひずみ=2.010程度までの試験体上部の卓越振動数,最大応答加速度,最大応答変位,慣性力-変位関係,床応答スペクトルを良く再現できることを明らかにした。本報における等価線形解析は、=4.010程度の終局破壊時の最大応答変位を過小評価している。このため、破壊直前の急激な変位の増大を含む試験結果の評価に本手法を適用する場合は、その適用性に十分留意する必要がある。

Highly sensitive detection of sodium in aqueous solutions using laser-induced breakdown spectroscopy with liquid sheet jets

中西 隆造; 大場 弘則; 佐伯 盛久; 若井田 育夫; 田邉 里枝*; 伊藤 義郎*

Optics Express (Internet), 29(4), p.5205 - 5212, 2021/02

https://doi.org/10.1364/OE.415308

液体ジェットと組み合わせたレーザー誘起ブレークダウン分光法(LIBS)を、水溶液中の微量ナトリウム(Na)の検出に適用した。直径500mの液体円筒ジェットと厚さ20mの液体シートジェットの2種類の液体ジェットの感度を比較した。液体シートジェットは、円筒形ジェットと比較して、レーザー照射面からの飛沫を効果的に低減し、長寿命の発光プラズマを生成した。Naの検出限界(LOD)は、シートジェットで0.57g/L、円筒ジェットで10.5g/Lと決定された。シートジェットで得られたLODは、市販の誘導結合プラズマ発光分析計で得られたLODと同等であった。

Experimental evaluation of wall shear stress in a double contraction nozzle using a water mock-up of a liquid Li target for an intense fusion neutron source

近藤 浩夫*; 金村 卓治*; 朴 昶虎*; 小柳津 誠*; 平川 康; 古川 智弘

Fusion Engineering and Design, 146(Part A), p.285 - 288, 2019/09

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2018.12.047

核融合中性子源では重陽子ビームターゲットに液体金属リチウムの壁面噴流(Liターゲット)を採用し、Liターゲットは真空中(10Pa)を高速(15m/s)で流れ、重陽子との核反応で中性子を発生させるともにビーム入熱(10MW)を除去する。本研究では、IFMIF/EVEDA工学実証活動で建設した液体リチウム試験ループ(ELTL)の構造健全性評価のため、Liターゲットを生成するノズル内流動場の評価を行った。ターゲットアッセンブリのアクリルモデルおよび作動流体として水を用い、ノズル内の流速分布をレーザードップラー流速計により計測し、せん断応力分布を評価した。結果として、2段縮流ノズルの2段目付近でせん断応力が最大値をとることが明らかになり、この箇所の腐食損傷を調査する必要があることを示した。

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。

再処理施設における分析/試験由来の高放射性固体廃棄物の処理技術

後藤 雄一; 稲田 聡; 久野 剛彦; 森 英人*

日本保全学会第16回学術講演会要旨集, p.221 - 224, 2019/07

東海再処理施設の小型試験設備試験セルにおける使用済燃料片等を用いた試験及び分析セルラインにおける高放射性試料の分析で発生した器具・容器類は、高放射性固体廃棄物として処理される。これらは、輸送容器と呼ばれる遮蔽付きの専用容器に収納されたのち、保管施設へと運搬される。高放射性固体廃棄物の処理については、これまで約40年間実施しており、その間、廃棄物取出し機構と運搬機器等の改良を加えてきた。その結果、従来設備を活かしながら自動化が図れ、作業効率,安全性の向上を達成することができた。

Hadronic Paschen-Back effect

岩崎 幸生; 岡 眞; 鈴木 渓*; 吉田 哲也*

Physics Letters B, 790, p.71 - 76, 2019/03

https://doi.org/10.1016/j.physletb.2018.10.024

ヘビークォークを含むメソンに強い磁場がかかったときにスペクトルおよび波動関数がどのように変化するかを磁場の強さの関数として解析した。

福島第一原子力発電所における冷温停止状態達成過程に着目した教訓導出

吉澤 厚文*; 大場 恭子; 北村 正晴*

人間工学, 54(3), p.124 - 134, 2018/06

東日本大震災に端を発し、東京電力福島第一原子力発電所は、放射性物質を大量に放出する過酷事故となったが、その後冷温停止状態を達成した。しかし、福島第一原子力発電所事故に関するさまざまな機関による調査報告書は、事故に至った過程に着目している一方で、事故の拡大の防止や被害の減少についてはほとんど着目していない。本研究は、福島第一原子力発電所の3号機における、冷温停止状態達成までの過程に着目した。公開データに基づき、事故の発生から冷温停止状態達成に至るまでの時列を整理し、それらを人間工学的視点によって行為群を分類した上で、状況の回復に重要な意味をもつ対処をm-SHELモデルを援用して分析した。このようなアプローチにより、状況の回復に必要な行為に関する新たな教訓を得た。

非破壊2次元プロファイルモニター用ガスシートターゲットの開発

荻原 徳男; 引地 裕輔*; 神谷 潤一郎; 山本 風海; 金正 倫計

Proceedings of 14th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.563 - 567, 2017/12

In order to realize a non-destructive and fast-response beam profile monitor for stable operation of the accelerators in the J-PARC, we have been developing a dense gas-sheet target with the aid of vacuum science and technology. After the study with the Monte Carlo simulations of transported molecules through some kinds of tubes, the deep slit is found to be effectual to make a gas sheet. In this report, the outline of the simulations will be shown, and the performances of the proto-type gas sheet generator will be presented through the demonstration experiments for the electron beam detection.