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報告書

ナノ粒子を分散させた機能性液体金属に関する研究

大平 博昭; 荒 邦章

JNC-TN9400 2003-044, 0 Pages, 2003/09

JNC-TN9400-2003-044.pdf:5.13MB

金属超微粒子を液体に分散した流体(ナノ流体)は非常に大きな熟貫流率を示すことが報告されており、将来の冷却流体としての使用が期待されている。さらに、これまでに液体ナトリウムヘの適用は検討されていないが、超微粒子を分散させると金属粒子の表面現象によりナトリウム-水反応やナトリウム-酸素反応の抑止が発現することが期待できる。この現象が確認されると、高速炉の信頼性が大きく向上する。したがって、本研究では金属ナノ粒子を液体ナトリウムヘ分散させたナノ流体を試作するとともに、水との反応試験を実施し物性を評価した。本研究の結果、以下の知見が得られた。(1)Ni,Co,Fe,Mnのナノ粒子、及び金属Siのミクロン粒子は、液体金属ナトリウムに分散でき、スラリーとして調合することが可能である。また、これらの粒子の中でNiナノ粒子が最も多く分散可能である。(2)Niナノ粒子を分散させた固体ナトリウムに水を滴下する反応試験を実施したところ、反応の抑止性が認められ、しかも粒子径の減少に伴い反応の抑止性が向上する。(3)Niナノ粒子を分散させた液体ナトリウムの粘度は、350度Cにおいてスラリーとして存在している濃度範囲では大幅な粘度上昇は生じない。

報告書

電磁流動解析手法の整備(1)-解析手法の検討及び2次元解析手法の開発-

大平 博昭; 荒 邦章

JNC-TN9400 2002-058, 40 Pages, 2002/11

JNC-TN9400-2002-058.pdf:1.51MB

実用化戦略調査研究では、経済性の向上及び機器の高度化の観点から、液体金属高速炉の主冷却系に電磁応用機器を適用することを検討している。しかし、大容量化に伴う高流量かつ高磁場環境下での冷却材の流動現象は非常に複雑であり、これまでの研究において流動特性を評価するための実験や解析手法の開発は行われているものの、十分な現象は把握は行われていない。そこで本研究では、上記の電磁流動現象を解明するための解析手法を整備するため、まず伝熱流動及び電磁場解析手法についてレビューし、複雑形状領域における高流量かつ高磁場条件の電磁流動現象が精度良く評価できる解析手法を検討した。その結果、流動場に対しては複雑形状領域に適用できるという観点から、 GSMAC法に代表される高速化された有限要素法を、また電磁場に対しては、高速化の観点からベクトル有限要素法を提案した。さらに、高流量かつ高磁場環境下の電磁流動現象を明らかにするための電磁乱流モデルとして、ダイナミックSGSモデルを提案した。次に、上記の有限要素法及びベクトル有限要素法の妥当性を確認するため、2次元解析手法を開発し、 流動場及び電磁場の径方向を均一と過程したALIP型電磁ポンプの解析を行った。その結果、高流量及び高磁場条件において実験結果と同程度の圧力損失特性が得られ、上記の解析手法が妥当であることが確認された。

報告書

相互相関処理を利用した超音波速度分布計測手法の開発

平林 勝; 林田 均; 荒 邦章

JNC-TN9400 2002-016, 72 Pages, 2002/05

JNC-TN9400-2002-016.pdf:1.54MB

液体金属ナトリウムの流動現象を定量的に把握するために、ドップラー効果を利用した超音波速度分布計測手法を開発している。ドップラーシフト周波数は、流体とともに流れる散乱源の速度に比例しているため、ドップラーシフト周波数から流体の速度分布を評価することが可能となる。そこで、散乱信号からドップラーシフト周波数を導き出すために、相互相関処理を利用した方法を提案し、その処理方法の妥当性を模擬散乱信号および試験によって得られた散乱信号によって検証した。本検討によって得られた知見を以下に示す。1)模擬散乱信号を用いてドップラーシフト周波数の評価を行った結果、提案した方法による計測誤差は1%程度である。2)模擬散乱信号を用いた評価結果によると、提案した方法はノイズ信号の影響の低減に有効である。3)円筒容器内を流れる水の速度分布を試験により評価した。その結果、提案した方法で求めた速度分布は、1/7乗法則で求めた乱流の速度分布と良い一致を示している。

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