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与能本 泰介; 柴本 泰照; 佐藤 聡; 岡垣 百合亜
Journal of Nuclear Science and Technology, 53(9), p.1342 - 1352, 2016/09
被引用回数：3 パーセンタイル：28.28(Nuclear Science & Technology)BWRの運転時の異常な過渡変化を超える過渡事象におけるドライアウトした燃料表面のリウェット挙動に関して、当研究グループで以前実施した研究では、リウェット直前の冷却として定義する先行冷却により、その伝播速度が強く支配されることが示された。本研究では、この先行冷却の特徴を把握するために、実験結果に対して、さらに工学解析と熱伝導解析を実施した。特徴把握のため、まず、先行冷却を熱伝達率評価値を用いて定量的に定義し、先行冷却が開始するタイミングでの被覆管温度の関数としてリウェット速度を検討した。その結果、リウェット点近傍での最大伝熱量によりリウェット速度が制限される傾向が示され、熱伝導解析の結果と整合した。
工藤 保; 鬼沢 邦雄*; 中村 武彦
JAEA-Evaluation 2015-011, 209 Pages, 2015/11
JAEA-Evaluation-2015-011.pdf:10.36MB
日本原子力研究開発機構(以下、「原子力機構」という)は、「国の研究開発評価に関する大綱的指針」(平成20年10月31日内閣総理大臣決定)及びこの大綱的指針を受けて作成された「文部科学省における研究及び開発に関する評価指針」(平成21年2月17日文部科学大臣決定)、並びに原子力機構の「研究開発課題評価実施規程」(平成17年10月1日制定、平成21年8月19日改訂)等に基づき、平成26年9月29日に「安全研究」に関する事後・事前評価を安全研究・評価委員会に諮問した。これを受けて、安全研究・評価委員会は、本委員会によって定められた評価方法に従い、原子力機構から提出された平成22年4月から平成26年9月まで及び平成27年度以降の安全研究センターの運営及び安全研究の実施に関する説明を受け、今期中期計画期間及び次期中長期計画期間の研究開発の実施状況について、研究開発の必要性、有効性、効率性等の観点から評価を行った。本報告書は、安全研究・評価委員会から提出された事後・事前評価結果(答申書)をまとめるとともに、本委員会での発表資料、及び評価結果に対する原子力機構の措置を添付したものである。
柴本 泰照; 丸山 結; 与能本 泰介
Journal of Nuclear Science and Technology, 50(2), p.148 - 159, 2013/02
被引用回数：8 パーセンタイル：53.52(Nuclear Science & Technology)日本原子力学会によって2003年に策定されたpost-BT標準は、運転時の異常過渡において制限範囲内での一時的な燃料棒のドライアウトを許容するものであり、同標準で提案されている沸騰遷移後の熱伝達挙動を予評価する手法に関心が寄せられている。特に、ドライアウトの終結を意味するリウェットに関しては信頼性の高いモデルが存在せず、相関式とデータとの比較も不十分とされている。このような背景のもと、本論文では、リウェット速度に対して異常過渡時の高圧・高流量条件でも適用可能な相関式を提案する。流量の小さい再冠水過程を対象とした既存モデルを参考として、液膜先端付近における先行冷却と燃料内部からの発熱を同時に考慮し、伝熱面内の2次元熱伝導解析に基づいて相関式を作成した。実験値との比較の結果、液膜先端から下流の熱伝達係数を距離の指数関数として適切に与えることで予測精度が大きく向上し、この境界条件のもとでは、軸方向の熱伝導がリウェット進展速度にほとんど寄与しないことが示された。
阿部 仁; 田代 信介; 渡邉 浩二; 内山 軍蔵
JAEA-Research 2012-035, 26 Pages, 2013/01
JAEA-Research-2012-035.pdf:1.94MB
核燃料サイクル施設の安全性の確認に資するため、同施設における火災時の閉じ込め機能の健全性を評価するための手法の整備を進めている。同施設に存在する代表的な可燃性物質として、再処理有機溶媒やMOX燃料加工工程でMOX粉末へ添加されるステアリン酸亜鉛さらに代表的な潤滑油を取り上げ、これらの燃焼に伴う質量減少速度や煤煙化率等の燃焼特性データを取得した。また、再処理有機溶媒の燃焼に伴う煤煙の目詰まりによるHEPAフィルタの差圧上昇データを取得した。その結果、30%TBP/70%ドデカンの燃焼では、煤煙化率がドデカンを含む他の燃焼物質と比べて大きいこと、燃焼晩期にこれまで報告されていないHEPAフィルタの急激な差圧上昇が引き起こされる可能性があることがわかった。また、これまで燃焼性については考慮されていないステアリン酸亜鉛も、外部から加熱された状態では、定常的に燃焼を継続することを確認した。
渡辺 博典; 玉井 秀定; 佐藤 隆; 柴田 光彦; 光武 徹*
Flow Measurement, p.95 - 106, 2012/03
BWR(沸騰水型軽水炉)では、炉心のボイド率(流路内の気相が占める体積率)が変化すると、炉心出力,燃料転換比,炉心冷却性能が急速に変化することからBWR熱特性試験では実機相当の高温高圧条件下でボイド率をリアルタイム計測する技術が嘱望されていた。このため、気液二相流の静電容量がボイド率とともに関数的に変化することを利用する静電容量計測法(C計測法)を開発した。従来技術では、リアルタイム計測や高ボイド率域の計測が困難だった。またボイド率計測特性式を直線近似していたため計測誤差があった。
柴本 泰照; 丸山 結; 与能本 泰介; 中村 秀夫
Journal of Nuclear Science and Technology, 48(3), p.440 - 453, 2011/03
被引用回数：8 パーセンタイル：53.37(Nuclear Science & Technology)沸騰水型原子炉の運転時異常過渡を対象として、リウェット点下流のドライアウト領域における熱伝達係数(HTC)相関式を実験及び既存文献モデルに基づいて提案する。モデルでは、遷移沸騰を含む幅広い過熱度に適用可能なように、蒸気冷却に加えて、液滴衝突による冷却効果を考慮した。リウェット点付近のHTCの空間分布は熱伝導支配のリウェット現象の支配因子であるため、この領域における正確なHTC予測はその境界条件として極めて重要である。計測した熱伝達率はリウェット点からの距離に対する指数関数減衰によってよく相関され、本モデルは幅広い条件における実験データを精度よく予測できた。
柴本 泰照; 丸山 結; 中村 秀夫
Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 132(10), p.102909_1 - 102909_8, 2010/10
被引用回数：3 パーセンタイル：23.5(Engineering, Mechanical)BWR運転時の異常な過渡変化を想定した高圧・高質量流速条件において、post-BT時のドライアウト伝熱面上の液膜リウェット現象に関する一連の実験を行った。これらの実験結果に基づき、液膜の先端進展速度で定義されるリウェッティング速度の予測モデル式を開発した。リウェッティング速度は大破断LOCA再冠水過程を対象としてこれまでにさまざまなモデルが提案されているものの、post-BT条件においては予測モデルとして適用可能なものがなかった。実機異常過渡条件では再冠水過程と異なり、液滴流密度が非常に大きく、このためリウェット速度も非常に速いという特徴がある。本研究ではSun-Dix-Tienによる先行冷却モデルを改良することで、このような速いリウェット速度を広範囲の条件で予測できる相関式を提案する。
渡辺 博典; 光武 徹*; 柴田 光彦; 高瀬 和之
日本機械学会論文集,B, 76(769), p.1379 - 1385, 2010/09
流路チャンネル内の気相が占める体積率(ボイド率)は、気液二相流の諸特性を明らかにするために重要な特性量であるため、さまざまな計測が行われてきた。軽水炉炉心圧力条件(BWR, 7MPa)のボイド率計測では電気式ボイド率計測法を適用して行われた。近年、高速増殖炉の開発が進められており、日本原子力研究開発機構で行っている試験では、高速増殖炉用蒸気発生器の熱水力設計の基礎データ取得のため、模擬試験ループ二次側の水-蒸気二相流のボイド率計測に静電容量ボイド率計を開発・適用した。圧力は、18MPaであり、このような高い圧力条件下のボイド率計測は従来行われたことがなかった。実試験に適用した結果以下の計測結果が得られた。(1)水質の影響がなくほぼ全領域のボイド率計測ができる。(2)瞬時(リアルタイム)に計測できる。(3)18MPaの高温高圧条件下で実用的に計測できる。
柴本 泰照; 丸山 結; 中村 秀夫
Proceedings of 17th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-17) (CD-ROM), 10 Pages, 2009/07
BWR運転時の異常な過渡変化を想定した高圧・高質量流速条件において、post-BT時のドライアウト伝熱面上の液膜リウェット現象に関する一連の実験を行った。これらの実験結果に基づき、液膜の先端進展速度で定義されるリウェッティング速度の予測モデル式を開発した。リウェッティング速度は大破断LOCA再冠水過程を対象としてこれまでにさまざまなモデルが提案されているものの、post-BT条件においては予測モデルとして適用可能なものがなかった。実機異常過渡条件では再冠水過程と異なり、液滴流密度が非常に大きく、このためリウェット速度も非常に速いという特徴がある。本研究では、Sun-Dix-Tienによる先行冷却モデルを改良することで、このような速いリウェット速度を広範囲の条件で予測できる相関式を提案する。
渡辺 博典; 光武 徹*; 柿崎 禎之*; 高瀬 和之
日本機械学会論文集,B, 75(751), p.155 - 157, 2009/03
近年、CPU用小型冷却器,小型医療機器,燃料電池,自動車機器分野などのマイクロマシーンの開発が行われており、マイクロチャンネル(極細管)内のボイド率計測技術の必要性が高まっている。マイクロチャンネルにおける二相流流れは液相の表面張力の影響が相対的に強くなるため、流動様式が通常管と異なることが報告されているが、定量的な評価が必要なボイド率の計測は行われていなかった。そこで、内径10mm以上の通常管に対して著者らが開発した静電容量(C)計測法をマイクロチャンネルへ応用する研究を行い、マイクロチャンネル・ボイド率計測技術を開発した。特性試験の結果から計測特性式を確定し、水質によらず、全領域のボイド率をリアルタイム計測できることを確認した。電極はリング電極体系及びワイヤ電極体系の2種を用いた。大気圧条件下のマイクロチャンネル内二相流に適用した場合、一連の研究からボイド率とキャパシタンスとの関係は、リング型電極に対して線形関係,対向ワイヤ電極に対して双曲線関係となることを明らかにした。また電極形状など計測に与える影響因子の解明を行い、計測特性式の適用条件を明らかにした。
渡辺 博典; 光武 徹*; 柿崎 禎之*; 高瀬 和之
日本機械学会論文集,B, 74(742), p.1257 - 1262, 2008/06
The electro-void fraction meter (Capacitance type meter) was applied to high void fraction measurement with various shapes of flow conduits such as round, rectangular and rod-bundle geometries. The principle of the meter is that the electrical capacitance of a gas-liquid two-phase flow changes with the void fraction. High-frequency power supply enables to measure the electrical capacitance of the ion-exchanged water with even though conductivity as low as 1 
S/cm. It was confirmed by the air-water and steam-water boiling two-phase flow experiments that void fraction can be obtained in real time way. Void fraction ranging from 0 to 0.9 at maximum was successfully measured under steam-water boiling two-phase flow conditions of 2 MPa through 18 MPa pressure.
Liu, W.; 呉田 昌俊
Proceedings of 16th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-16) (CD-ROM), 9 Pages, 2008/05
稠密格子炉心熱流動特性技術開発で対象とする炉心は二重炉心であり、軸方向の熱流束分布がステップ状に急峻に変化する特徴を有する。本技術開発において37本バンドル限界出力試験を実施し、各種パラメータが限界出力に及ぼす影響を明らかとしたが、軸方向出力分布に関しては熱的に厳しい条件を評価対象基準として固定しており個別評価はなされていなかった。このため、軸方向出力分布が限界出力に及ぼす影響を別途モデル実験で明らかにして、各種限界出力相関の適用性を評価することが必要であった。そこで、本研究では、二重炉心の三層分をモデル化した試験体を用いて、軸方向出力分布形状及び相対出力比が限界出力等に及ぼす影響を明らかにし、各種限界出力相関の二重炉心体系への適用性を評価することを目的としてモデル実験を実施した。その結果、軸方向出力分布の効果が明らかとなり、限界クオリティー限界熱流束相関法と限界クオリティー限界沸騰長相関法を相互補完的に組合せることで軸方向出力分布の影響を比較的よく相関できる見通しを得た。
渡辺 博典; 光武 徹*; 柿崎 禎之*; 高瀬 和之
no journal, ,
軽水炉では、炉心のボイド率が変化すると炉心出力,冷却能力,燃料の転換比等が変化することから、炉心熱設計においては炉心内ボイド率を正確に把握する必要がある。このために炉心条件下でも実用的に計測できるボイド率計として、静電容量検出型電気式ボイド率計の開発を行っている。二相流中のインピーダンスの静電容量成分(C成分)を計測すると水質が純水でもボイド率計測が可能となるとともに、水単相から蒸気単相に至るほぼ全領域の計測が可能となる。本発表では、静電容量検出型電気式ボイド率計の計測特性等について報告する。
丸山 結; 大津 巌; 鈴木 光弘; 中村 秀夫
no journal, ,
OECD/NEA ROSAプロジェクトの一環として実施する加圧水型軽水炉(PWR)のシビアアクシデントにかかわる一次冷却系内過熱蒸気自然循環実験について、三次元熱流動解析コードFLUENTを用いた実験前解析を行い、実験において自然循環が発生する条件及び自然循環時の熱水力特性にかかわる知見を取得するとともに、六フッ化硫黄(SF6)を用いた小型ループ実験を通じて熱パルス式流速計の計測精度を検証し、自然循環時における過熱蒸気の流速計測に適用可能な性能を有していることを確認した。
柴本 泰照; 丸山 結; 大宮 聡人
no journal, ,
BWR実機相当の高温高圧条件におけるポストBT領域の熱伝達率と液滴伝達率を計測し、液滴衝突による伝熱面冷却を考慮した熱伝達率の実験相関式を作成した。従来相関式と比較して、過熱度の低い遷移沸騰領域の予測精度を向上させた。
渡辺 博典; 光武 徹*; 柿崎 禎之*; 関根 勝則*; 高瀬 和之
no journal, ,
近年、超小型熱交換器,燃料電池,マイクロマシーン等の先端機器の実用化研究では細管(マイクロチャンネル)のボイド率計測技術を必要としている。このための実用的な計測技術を開発した。開発した計測技術は、細管内流体の静電容量(C)を計測することでボイド率に換算する方式である。水質によらず、全領域のボイド率を計測するもので、本研究で電極体系ごとに計測特性式を取得した。計測方法は、高周波電源を電極に印加し電極間の二相流の静電容量を計測し、計測特性式を用いてボイド率に換算する方法である。電極はリング電極体系及びワイヤ電極体系の2種を用いた。
柴本 泰照; 丸山 結; 中村 秀夫
no journal, ,
BWR運転時の異常な過渡変化を想定した高圧・高質量流束の条件でのリウェット時液膜進展速度を計測し、学会標準採用の相関式と比較した。両者は良好な一致を示したものの、式内で用いられる熱伝達率等の支配パラメータはモデルと実測値で大きく異なった。
柴本 泰照; 丸山 結; 中村 秀夫
no journal, ,
BWR運転時の異常な過渡変化を想定した高圧・高質量流束条件でのリウェッティング速度に関するモデルを提案する。本モデルは再冠水過程を対象として開発された液膜伝播モデルのうち、先行冷却を考慮したモデルを改良することで作成した。先行冷却はリウェッティング速度を著しく大きくする効果を持ち、本モデルは実験データを良好に再現した。
渡辺 博典
no journal, ,
ボイド率の実用的計測技術の開発においては、以下の項目が重要な課題と考えられる。(1)水質,温度の影響が小さいこと。(2)主流断面内のほぼ全領域において計測できること。(3)瞬時(リアルタイム)に計測できること。(4)高温高圧条件下で計測できること。R計測法では(1), (2)の条件を満たすことが難しいが、C計測法では(1), (2)の条件を満たすことができる。また、近年マイクロマシーンの開発が行われており、ミニチャンネル(細管)内のボイド率計測技術の必要性が高まっている。そこで、著者らが開発した電気式時間空間平均の定量的なボイド率計測手法を内径1mmまでの細管に適用する研究を行った。
柴本 泰照; 与能本 泰介; 丸山 結
no journal, ,
BWR運転時異常過渡を想定した熱流動条件におけるリウェット進展速度相関式を提案する。再冠水過程を対象とした既存の熱伝導支配モデルを参考として、液膜先端付近における先行冷却と燃料内部からの発熱を同時に考慮し、伝熱面内の2次元熱伝導解析に基づいて相関式を作成した。実験値との比較から、液膜先端から下流の熱伝達係数を距離の指数関数として適切に与えることにより、軸方向の熱伝導がリウェット進展速度の予測に対して無視できることが示された。
