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論文

Failure behavior analyses of piping system under dynamic seismic loading

宇田川 誠; Li, Y.; 西田 明美; 中村 いずみ*

International Journal of Pressure Vessels and Piping, 167, p.2 - 10, 2018/11

 パーセンタイル:100(Engineering, Multidisciplinary)

地震荷重に対する原子炉圧力バウンダリ配管系の構造健全性の確保は重要である。本研究では、動的地震荷重条件下における配管系の耐力を明らかにすることを目的として、防災科学技術研究所で実施された三次元配管系動的加振試験を対象に、動的弾塑性有限要素解析を実施した。その結果、配管系の固有振動数、固有モード、応答加速度、エルボ開閉変位、歪履歴、破損箇所及び低サイクル疲労寿命について、解析結果は実測値と概ね一致し、本論文で示された解析手法は動的地震荷重条件下の配管系の破損挙動の評価に適用できることを確認した。

論文

A Study of methods to prevent piping and erosion in buffer materials intended for a vertical deposition hole at the Horonobe Underground Research Laboratory

城 まゆみ*; 小野 誠*; 中山 雅; 朝野 英一*; 石井 智子*

Geological Society Special Publications, 482, 16 Pages, 2018/09

The phenomena of "piping and erosion" are serious problems for the integrity of the buffer material as an element of engineered barrier systems in geological disposal for high-level radioactive waste. In this study, the outflow behavior and condition in buffer material has been investigated using a test pit drilled in host rock at Horonobe Underground Research Laboratory to acquire the knowledge to consider countermeasures to contain the outflow of the buffer material. The following are results. (1) The phenomena of "piping and erosion" occurred irrespective of injection flow rate. However, when the rate is small, it is considered that buffer material can be self-repairing and the erosion of buffer material can be suppressed. (2) When injection water contains a lot of electrolyte, the surface of buffer material peels off and precipitates, possibly suppressing waterproof performance. (3) It is considered that bentonite pellets are effective for countermeasures against buffering "piping and erosion".

論文

Cost performance design for high temperature helium heat transport piping of GTHTR300C and HTTR-GT/H $$_{2}$$ plants

野本 恭信; 堀井 翔一; 角田 淳弥; 佐藤 博之; Yan, X.

Proceedings of 2017 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2017) (CD-ROM), 9 Pages, 2017/04

実用高温ガス炉GTHTR300C及びHTTRに接続する熱利用システム(HTTR-GT/H $$_{2}$$プラント)の熱供給配管設計について報告する。二重管構造と内部断熱管構造を比較検討し、内部断熱管構造の方が配管物量を低減できることより、建設時の配管系据付コストとプラント運転中の熱損失コストを考慮した配管系コストを低減できることを示した。さらに、内部断熱管の外側に保温材を施工することで、熱損失及び高温ヘリウムの温度低下を低減できることを示した。また、耐圧管の材質をHTTRの二重管で使用されたクロム・モリブデン鋼から高温強度に優れたステンレス鋼に変更することで、より小口径で高温ヘリウムの温度低下条件を達成できた。以上の結果に基づき、GTHTR300Cプラント及びHTTR-GT/H $$_{2}$$プラントの熱供給配管仕様を設定した。

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

地震動の不確かさを考慮した経年配管の構造信頼性評価手法の開発

杉野 英治*; 伊藤 裕人*; 鬼沢 邦雄; 鈴木 雅秀

日本原子力学会和文論文誌, 4(4), p.233 - 241, 2005/12

本研究の目的は、既存の軽水炉原子力発電プラントの長期利用の観点から、安全上重要な機器構造物の経年変化事象を適切に考慮した地震時構造信頼性評価手法を確立することである。そこで、1次冷却系配管における応力腐食割れや地震荷重による疲労き裂進展などの経年変化事象に着目し、確率論的破壊力学に基づいた配管破損確率評価コードPASCAL-SCと、プラントサイトの地震発生確率及び地震発生確率レベルに応じた地震動を算出するための確率論的地震ハザード評価コードSHEAT-FMを開発し、これらを組合せた経年配管の地震時構造信頼性評価手法を提案した。この手法を用いてBWRモデルプラントの再循環系配管溶接線の1つについて評価した。その結果、経年配管の破損確率は、運転時間がある時期を過ぎると急激に増加する傾向にあり、相対的に地震荷重よりも経年変化による破損の影響が大きいことがわかった。

報告書

配管内部汚染分布測定装置の開発(受託研究)

伊藤 博邦*; 畠山 睦夫*; 立花 光夫; 柳原 敏

JAERI-Tech 2003-012, 34 Pages, 2003/03

JAERI-Tech-2003-012.pdf:2.87MB

配管内面の低レベル放射能汚染を測定するため、配管内部を検出器が移動する配管内部汚染分布測定装置(Measuring Device for Inner Surfaces of Embedded Piping: MISE)を開発した。MISEは、円筒型2層構造の検出器と配管移動ロボットから構成され、各々独立した装置として製作したものである。放射能汚染の測定においては、配管表面に近い外側の円筒状検出器で$$beta$$線と$$gamma$$線を測定し、内側の円筒状検出器では2つの検出器間に配置した遮へい板により$$beta$$線を遮蔽し、$$gamma$$線のみを測定する。$$beta$$線計数率は、外側の円筒状検出器での$$beta$$線と$$gamma$$線計数率の和から内側の円筒状検出器での$$gamma$$線計数率を差し引くことにより導き出される。配管移動ロボットは、配管内部を観察しながら円筒型2層構造の検出器を運ぶことができる。$$^{60}$$Coに対する検出限界値は、30秒の測定時間で約0.17Bq/cm$$^{2}$$であることがわかった。$$^{60}$$Coのクリアランスレベル(0.4Bq/g)に相当する0.2Bq/cm$$^{2}$$の場合、2秒の測定時間で配管内面の放射能汚染を54m/hの測定効率で評価可能である。

論文

Creep failure of reactor cooling system piping of nuclear power plant under severe accident conditions

茅野 栄一; 丸山 結; 前田 章雄*; 原田 雄平*; 中村 秀夫; 日高 昭秀; 柴崎 博晶*; 湯地 洋子; 工藤 保; 橋本 和一郎*

Proceedings of the 7th International Conference on Creep and Fatigue at Elevated Temperatures (CREEP7), p.107 - 115, 2001/06

高温、高圧条件下での原子炉冷却系配管の健全性の評価を目的とした配管信頼性実証試験計画では、配管の口径や材質、試験条件等を変えた破損試験を実施し、種々の試験データを取得している。試験と並行して、試験後解析は汎用有限要素法解析コードABAQUSを用いて行っている。原子力用SUS316冷間引抜管と蒸気発生器伝熱管を用いた試験の解析をまとめた。これらの解析では本計画で作成した3次クリープ域を考慮したクリープ構成式を用いた。冷間引抜管の試験結果とシェル要素を用いた3次元解析の結果は試験結果と比較して、外径増加量は過小評価となり、破断時間が長くなる傾向が見られた。シェル要素とソリッド要素を用いた2次元解析から、この差異はシェル要素に起因することがわかった。蒸気発生器伝熱管の解析では、ソリッド要素を用いた2次元解析を実施し、破断時間が実験結果と良く一致した。

論文

Revaporization of CsI aerosol in a horizontal straight pipe in a severe accident condition

柴崎 博晶*; 丸山 結; 工藤 保; 橋本 和一郎*; 前田 章雄*; 原田 雄平*; 日高 昭秀; 杉本 純

Nuclear Technology, 134(1), p.62 - 70, 2001/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:77.48(Nuclear Science & Technology)

原研の配管信頼性実証試験(WIND)計画において、シビアアクシデント条件下における原子炉冷却系配管を模擬したステンレス鋼製水平直管を用い、配管内エアロゾル再蒸発試験を実施した。模擬FPとしてヨウ化セシウムを試験部に導入し配管内に一旦沈着させ、前段試験部を再加熱することにより再蒸発した模擬FPを後段試験部に沈着させ沈着分布を測定した。ほとんどすべてのヨウ化セシウムがその沸点を大幅に下回る温度で再蒸発し、後段試験部に沈着させ沈着分布を測定した。ほとんどすべてのヨウ化セシウムがその沸点を大幅に下回る温度で再蒸発し、後段試験部に沈着した。また、一次冷却材中に含まれているホウ酸の影響を調べるため、試験部にメタホウ酸を装荷したケースも実施した。試験後に沈着物の化学分析を行った結果、ホウ酸セシウムの存在が推測された。試験部に導入そせたヨウ化セシウムと、高温においてメタホウ酸が変化した酸化ホウ素とが反応してホウ酸セシウムが生成したと考えられる。

論文

Post-test creep analysis of piping failure tests in WIND project

茅野 栄一; 丸山 結; 湯地 洋子; 柴崎 博晶*; 中村 秀夫; 日高 昭秀; 工藤 保; 橋本 和一郎; 前田 章雄*

JAERI-Conf 2000-015, p.303 - 308, 2000/11

日本原子力研究所では、高温、高圧条件下での原子炉冷却系配管の健全性を評価するために配管信頼性実証試験(WIND)計画を実施中である。WIND計画ではこれまでに配管の口径や材質、試験条件等を変えた破損試験を実施し、種々の試験データを取得してきた。これと並行して、実施した試験の試験後解析を行い、解析モデルの適用性を検討してきた。WIND計画で実施されたいくつかの配管破損試験の事例を提示する。さらに、それらの1つである原子力用SUS316冷間引抜管を用いた小口径配管試験の試験後解析を実施した。この解析では3次クリープ域を考慮した構成式を用いた。2次元モデル及び3次元モデルの解析結果の提示、及び試験結果との比較を行った。2次元解析の結果は、配管外径の膨張履歴や試験後の外径と肉厚を良好に再現した。3次元解析の結果は、過小評価ではあるものの、破損時間は推定誤差範囲内に収まった。

論文

Vapor condensation and thermophoretic aerosol deposition of cesium iodide in horizontal thermal gradient pipes

丸山 結; 柴崎 博晶*; 五十嵐 実*; 前田 章雄; 原田 雄平; 日高 昭秀; 杉本 純; 橋本 和一郎*; 中村 尚彦*

Journal of Nuclear Science and Technology, 36(5), p.433 - 442, 1999/05

 被引用回数:5 パーセンタイル:55.09(Nuclear Science & Technology)

原研の配管信頼性実証試験(WIND)計画において、軽水炉のシビアアクシデント時における原子炉冷却系配管内壁へのエアロゾル沈着挙動を明らかにするためにエアロゾル沈着試験を実施した。本試験では、水平直管から成る長さ2m及び内径約0.1mの試験部にヨウ化セシウムエアロゾルを導入した。高温の過熱蒸気雰囲気下においてもヨウ化セシウムの著しい分解は観測されなかった。本試験及びWINDFLOWコードを用いた熱流動解析の比較から、ヨウ化セシウムの空間沈着分布が自然対流に起因する二次流れの形成に強く影響されることが明らかとなった。主要沈着メカニズムは、エアロゾル搬送気体、試験部内壁の温度及び両温度の差に依存するヨウ化セシウム蒸気の凝縮及びエアロゾルの熱泳動であると評価した。

論文

Three-dimensional analysis on thermo-fluiddynamics in piping with WINDFLOW

丸山 結; 五十嵐 実; 中村 尚彦; 日高 昭秀; 橋本 和一郎; 杉本 純; 中島 研吾*

JAERI-memo 08-127, p.233 - 238, 1996/06

WINDFLOWコードは、圧縮性粘性流体を対象とした3次元熱流動解析コードである。本コードでは、三角形及び四角形セルにより流路断面を分割できるハイブリッド格子を採用している。WINDFLOWを配管信頼性実証試験(WIND)計画で実施した配管内熱流動試験の解析に適用した。本実験では、アルゴンガスを温度勾配を持つ水平配管内に1.0~7.1Ne/秒の体積流量で供給し、気体の温度分布を測定した。解析の結果、自然対流に起因する配管断面2次流れの形成が予測された。また配管壁近傍において急峻な温度勾配が形成され得ることが判明した。実験との比較では、軸方向温度分布に関しては差異が見られたが、半径方向温度分布については、定性的に実験結果を再現することができた。今後、乱流モデル、配管構造材内熱伝導モデル等を加える計画である。

論文

Three-dimensional thermo-fluiddynamic analysis of gas flow in straight piping with WINDFLOW code

丸山 結; 五十嵐 実*; 中村 尚彦; 日高 昭秀; 橋本 和一郎; 杉本 純; 中島 研吾*

Proc. of ASME$$cdot$$JSME 4th Int. Conf. on Nuclear Engineering 1996 (ICONE-4), 1(PART B), p.997 - 1008, 1996/00

軽水炉のシビアアクシデント時には、炉心から放出されるFPの多くはエアロゾルの形態で炉冷却系配管を移行する。エアロゾル挙動は配管内流体の熱流動挙動に強く依存することから、原研では配管信頼性実証試験(WIND)計画の配管内エアロゾル挙動試験の一部として配管内熱流動試験を実施するとともに、配管内3次元熱流動解析コードWINDFLOWの開発を進めている。WINDFLOWと熱流動試験の試験後解析に適用した。1000~300$$^{circ}$$Cの軸方向温度勾配を有する配管内に供給する気体(Ar)流量が異なる全解析ケースで自然対流に起因する2次流れの形成が予測された。また、2次流れと気相内熱伝導の影響により、試験配管出口近傍の配管天井部において急峻な温度勾配が形成され得ることが確認できた。気相内温度分布の実験と解析の比較から、WINDFLOWは径方向の気相温度分布と定性的に再現すること、軸方向の温度低下を過小評価することが明らかとなった。

論文

Experimental study on aerosol deposition in horizontal straight piping

丸山 結; 五十嵐 実*; 橋本 和一郎; 中村 尚彦*; 日高 昭秀; 杉本 純

Transactions of the American Nuclear Society, 75, p.273 - 274, 1996/00

軽水炉のシビアアクシデント時には、原子炉冷却系配管内におけるエアロゾルの沈着挙動が、ソースターム及び配管の構造健全性に多大な影響を及ぼす。原研では、水平直管内におけるCsIエアロゾルの沈着特性を明らかにするために、配管信頼性実証試験(WIND)計画の中でエアロゾル沈着試験を実施している。長さ2m、内径約10cmの配管を用いて、これまでに3回の試験を実施した。試験の結果から、配管内を流れる気体の流動状態がエアロゾル沈着特性に強く影響することが明らかとなった。流れの状態が層流で、気体温度が配管壁温度を上回る場合には、熱泳動により配管天井部により多くのエアロゾルが沈着すること、一方乱流の場合には、気体の十分な混合により、ほぼ均一に沈着するという結果が得られた。

論文

Experimental and analytical study on the behavior of cesium iodide aerosol/vapor deposition onto inner surface of pipe wall under severe accident conditions

日高 昭秀; 五十嵐 実*; 橋本 和一郎; 佐藤 治志; 吉野 丈人*; 杉本 純

Journal of Nuclear Science and Technology, 32(10), p.1047 - 1053, 1995/10

 被引用回数:11 パーセンタイル:25.38(Nuclear Science & Technology)

シビアアクシデント条件下の原子炉冷却系内におけるCsIエアロゾル/蒸気の移行及び沈着挙動を調べるために、小規模配管を用いたWAVE実験を実施し、結果を3次元熱水力解析コードSPRAC及びFPIエアロゾル挙動解析コードARTを用いて解析した。実験では、配管上流部において床に、配管下流部において床よりも天井により多くのCsIが沈着する傾向が見られた。ARTコードによる解析では、配管軸方向に加えて配管断面を4つの扇形に細分割し、SPRACコードによって得られた詳細な熱水力計算結果をそれらに与えることによって実験結果を適切に再現した。CsIの主な沈着機構は熱泳動または凝縮であることから、配管内のCsIの挙動を精度良く予測するためには、従来行われてきた配管内のガス平均温度及び流速を用いてFP沈着を計算する手法だけでは不十分で、配管断面内の詳細な熱水力条件も考慮する必要があることが明らかになった。

論文

Influence of wetting effect at the outer surface of the pipe on increase in leak rate; Experimental results and discussion

磯崎 敏邦; 柴田 勝之

LBB95: Specialist Meeting on Leak Before Break in Reactor Piping and Vessels, 0, 10 Pages, 1995/00

LBB(破断前漏洩)とは、き裂が貫通した配管からの冷却水漏洩を検知し、その後原子炉停止等の手段を講じることにより、配管の破断を未然に防止する技術的手法を言う。したがって、LBBの成立にはき裂寸法と漏洩量が重要なパラメータとなる。漏洩量について実験と解析が世界的に実施されているが両者が一致しない。漏洩量は臨界流量とき裂開口面積の積で表わされる。原研で実施した漏洩試験の結果に基づき、周方向き裂からの漏洩による試験配管表面温度がき裂開口面積に与える影響について述べた。試験配管と金属保温材間の環状空間に漏れた冷却水が停滞し配管底部が濡れて100$$^{circ}$$Cに保持される。すると配管底部は熱収縮しその結果き裂は配管の開口する。その結果、漏洩量が増えLBB成立には有利であることを示した。さらに有限要素法によるADINAコードを用い、実験で得られた配管表面温度を入力させてき裂下向面積を解析し実験結果を裏付けた。

論文

Analysis of reactor piping behavior against thermal loads during severe accident

橋本 和一郎; 中村 尚彦; 五十嵐 実*; 丸山 結; 杉本 純

The 3rd JSME/ASME Joint Int. Conf. on Nuclear Engineering, Vol. 3, 0, p.1241 - 1246, 1995/00

シビアアクシデント時に炉心から放出されるFPが配管へ沈着する場合、FPの崩壊熱により配管への高温負荷が生じる。そこでFPの崩壊熱等による局所的高温負荷に対する配管構造の挙動に関する知見を得ることを目的に、汎用有限要素法構造解析コードABAQUSを用いた解析を実施した。解析の結果から、シビアアクシデント条件下では、配管曲がり部に局所的にFPが沈着した場合、FPの崩壊熱が局所的高温負荷をもたらし、これが配管に高応力を生じさせること、及び配管拘束条件が配管の変形挙動に大きな影響を及ぼすことを明らかにした。

論文

Results of reliability test program on light water reactor piping

柴田 勝之; 磯崎 敏邦; 植田 脩三; 栗原 良一; 鬼沢 邦雄; 鴻坂 厚夫

Nucl. Eng. Des., 153, p.71 - 86, 1994/00

 被引用回数:10 パーセンタイル:31.33

原研では、科技庁の委託を受けて、軽水炉一次冷却系配管の安全性および信頼性を実証することを目的として「配管信頼性実証試験」を実施してきた。本論文は実証試験の成果の概要を取りまとめたものである。本試験では、配管健全性、破断前漏洩成立性および配管破断時の防護対策の有効性を実証するため、この3項目に対応する試験として配管疲労試験、破断前漏洩試験及び配管破断試験を実施した。配管疲労試験では、平板および配管を供試体とする疲労試験を行った。その結果、配管における疲労亀裂進展評価法を策定するとともに配管の健全性を実証した。破断前漏洩試験では、配管の不安定破壊試験および冷却水漏洩試験を行いLBB成立性を実証した。配管破断試験では、配管破断にともなうジェットの影響の評価法およびパイプホイップ挙動の簡易評価法を策定するとともに配管破断時のジェットの影響およびレストレントの有効性を実証した。

論文

軽水炉1次冷却系配管信頼性実証試験の成果概要

柴田 勝之; 磯崎 敏邦; 植田 脩三; 栗原 良一; 鬼沢 邦雄; 鴻坂 厚夫

日本原子力学会誌, 35(10), p.923 - 939, 1993/10

 被引用回数:1 パーセンタイル:80.03(Nuclear Science & Technology)

原研では、科学技術庁の委託を受けて、軽水炉一次冷却系配管の安全性・信頼性を実証することを目的として「配管信頼性実証試験」を実施してきた。本報告は、実証試験の成果を取りまとめたものである。本試験では、配管健全性、破断前漏洩成立性および配管破断時の防護対策の有効性を実証するため、この3項目に対応する試験として配管疲労試験、破断前漏洩試験および配管破断試験を実施した。配管疲労試験では、平板および配管を供試体とする疲労試験を行った。その結果、配管における疲労亀裂進展評価法を策定するとともに配管の健全性を実証した。破断前漏洩試験では、配管の不安定破壊試験および冷却水漏洩試験を行いLBB成立性を実証した。配管破断試験では、配管破断にともなうジェットの影響の評価法およびパイプホイップ挙動の簡易評価法を策定するとともに配管破断時のジェットの影響およびレストレントの有効性を実証した。

報告書

ITERダイバータ配管周囲のギャップストリーミング解析

佐藤 聡; 真木 紘一*; 関 泰; 高津 英幸; 森 清治*; 黒田 敏公*; S.Zimin*

JAERI-M 93-093, 29 Pages, 1993/03

JAERI-M-93-093.pdf:0.86MB

核融合実験炉の設計においては、配管等の周囲に10~20mmのギャップが設置される。この様なギャップは放射線ストリーミングの要因となるため、ステップを設ける等の対策がとられる。本報告は、国際熱核融合実験炉(ITER)のダイバータ冷却配管周辺の円環状のギャップを対象に、ストレートなギャップの場合とステップ構造を有するギャップの場合の中性子のストリーミング及び炉停止後の誘導放射能を比較、検討したものである。また、ステップ位置、ギャップ幅及びオフセット比(ステップ幅とギャップ幅の比)を変えた場合のストリーミング解析をし、最適なステップ構造を検討した。この結果最適なステップ位置は、遮蔽体の中間より多少上側の位置であり、ステップのオフセット比をギャップ幅の2倍程度採れば、ストリーミング低域に有効である事が判った。

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