| 研究課題/領域番号 |
25289354
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
功刀 資彰 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40301832)
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| 研究分担者 |
横峯 健彦 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40240204)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 軽水炉 / 沸騰 / 振動 / 安全性 |
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| 研究概要 |
燃料集合体を模擬した複雑体系での沸騰励起振動の実験的研究により、励起振動パターンの差異やその影響因子の特定など詳細な現象解明を進め、燃料集合体の健全性評価の体系化を目指した実験に着手した。
具体的には、大気圧下水中において上端を固定した発熱棒の表面で発生するサブクール沸騰による発熱棒の振動を誘起する実験を行い、発生気泡の挙動が発熱棒振動に及ぼす影響を確認した。また、壁面（アルミ製）を設置した場合と壁面のない場合について，発生気泡の挙動を高速ビデオカメラ撮影し，発熱棒振動の加速度を採取し、壁面と発熱棒との位置関係が沸騰誘起振動へ及ぼす影響について評価を開始した。
その結果、振動加速度の周波数スペクトルは3点の振動ピークを呈し、2000Hz～3000Hzに見られる2点の高周波数領域の加速度ピークについて以下の事が明らかとなった。
１）壁面のない場合は、微小気泡が短サイクルで発生と消滅を繰り返す状態（サブクール度20K近傍）で最大となり、サブクール度が小さくなると共に小さくなる。
２）壁面が存在する場合は、高周波数領域の加速度自体が大きく，サブクール度12K近傍まで加速度ピークが維持される。これは壁面の存在による高周波振動の励起および維持を示しているが，更に壁面を発熱棒に近付けた場合，発生気泡サイズとギャップ寸法の関係が振動に影響を与えると考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
燃料集合体の沸騰励起高周波振動発生時および発生後の健全性評価に必要な物理モデルを構築し、そのモデルを用いた連成運動および相変化を伴う固気液混相シミュレーションを可能とするために、基礎実験によりそのV&Vを行う。そのために、下記項目について研究を実施している。
A． サブクール・プール沸騰励起振動に関する基礎実験
B． 沸騰励起振動モデリングおよび数値シミュレーション
C． 燃料集合体健全性評価・検討
H25年度は実験装置の製作および、計測系として重要なカセグレン光学系を購入し、基礎実験を開始した。その成果の一部を、平成26年3月に開催された日本原子力学会で発表した。
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| 今後の研究の推進方策 |
課題A-1に関しては、基礎実験装置の構築を終え、カセグレン光学系の導入によって、サブクール水中に設置した模擬燃料棒に見立てた加熱ヒータ面上で沸騰挙動を詳細に観察した。課題A-2に関しては、課題A-1の装置に簡単な改造を施し、隣接する固体壁との干渉に関して振動特性を加速度計を用いて測定しており、その成果の一部を日本原子力学会で報告したが、まだ実験すべき条件が多数残っているため、順次実験を継続中である。以上の通り、課題A-1とA-2に関しては、計画の遅延は無かった。課題A-3に関しては、課題A-1,2の装置の単純大型化であり、設計製作に関して、大きな支障をきたす可能性は少ない。よって、実験装置に起因する計画の大きな停滞の可能性は低いと思われるが、計画通りに進まない場合は、実験パラメータをモデリングに最低限必要な種類・パターン数に絞り、モデリングの精緻化を第一義とする。これに伴い、燃料集合体健全性に関する評価、検討項目が減ることが予想されるが、事象のプライオリティを考慮し、重要度・緊急度を要する項目を優先させる。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
H25年度に現有実験装置を改良し、カセグレン光学系を新たに購入して実験を開始したところ、予想よりかなり順調に実験が進んだ。水中での沸騰実験専用の加速度センサーは世の中に存在していないため、通常の耐水センサーを用いているが、使用温度環境はセンサー使用範囲外であるため、供用期間中に最も多くの故障が懸念され、消耗品として加速度センサー15台分(約300万円)の費用を計上していたが、H25年度の実験期間での故障は手持ちのセンサーで対応できたため、計上した消耗品費を次年度以降へ繰り越せることとなった。また、基礎実験の改良や消耗品と考えていたヒーター類や熱電対も昨年度内はあまり破損せずに利用できたため、予想外に多くの研究補助金をH26年度へ繰り越すことができる。この繰り越す補助金をH26年度に予定している実験計画に有効に使用し、研究計画の加速と試験体系の高度化が可能となり、更なる成果につなげる所存である。
H26年度は昨年度に引き続いて、課題A-1および課題A-2を実施するとともに、課題A-3の実験装置(発熱体群に関するサブクール・プール沸騰励起振動実験)を設計・製作する。これと並行して、平成25年度で行った課題Aのサブクール・プール沸騰励起振動実験の結果を使って、同体系でのシミュレーションを行い、構築モデルのV&Vを行う。
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