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JAEA-Research 2014-009 配管合流部体系に関する高サイクル熱疲労現象の研究 －流体から構造材への温度変動伝達挙動評価－ Study on High Cycle Thermal Fatigue in Mixing Tee －Evaluation of Transfer Characteristics of Temperature Fluctuation from Fluid to Structure－ 木村 暢之 小林 順 亀山 祐理 長澤 一嘉 江連 俊樹 小野 綾子 上出 英樹 Nobuyuki KIMURA, Jun KOBAYASHI, Yuri KAMEYAMA, Kazuyoshi NAGASAWA Toshiki EZURE, Ayako ONO and Hideki KAMIDE 次世代原子力システム研究開発部門 FBR要素技術開発ユニット FBR Systems Technology Development Unit Advanced Nuclear System Research and Development Directorate July 2014 Japan Atomic Energy Agency 日本原子力研究開発機構 国際単位系（SI） 表１．SI 基本単位 SI 基本単位 基本量 名称 記号 長 さメ ートル m 質 量 キログラム kg 時 間 秒 s 電 流ア ンペア A 熱力学温度 ケ ル ビ ン K 物 質 量モ ル mol 光 度 カ ン デ ラ cd 面 体 速 加 波 密 面 表２．基本単位を用いて表されるSI組立単位の例 SI 基本単位 組立量 名称 記号 積 平方メートル m2 積 立法メートル m3 さ ， 速 度 メートル毎秒 m/s 速 度 メートル毎秒毎秒 m/s2 数 毎メートル m-1 度 ， 質 量 密 度 キログラム毎立方メートル kg/m3 積 密 度 キログラム毎平方メートル kg/m2 比 体 電 流 密 磁 界 の 強 (a) 量濃度 ，濃 質 量 濃 輝 屈 折 率 比 透 磁 率 積 立方メートル毎キログラム 度 アンペア毎平方メートル さ アンペア毎メートル 度 モル毎立方メートル 度 キログラム毎立法メートル 度 カンデラ毎平方メートル (b) （数字の） １ (b) （数字の） １ 乗数 24 10 1021 1018 1015 1012 109 106 103 3 m /kg A/m2 A/m mol/m3 kg/m3 cd/m2 1 1 102 101 ᮏ࣏࣮ࣞࢺࡣ⊂❧⾜ᨻἲே᪥ᮏཎᏊຊ◊✲㛤ⓎᶵᵓࡀᐃᮇⓎ⾜ࡍࡿᡂᯝሗ࿌᭩࡛ࡍࠋ ᮏ࣏࣮ࣞࢺࡢධᡭ୪ࡧⴭసᶒ⏝㛵ࡍࡿ࠾ၥ࠸ྜࢃࡏࡣࠊୗグ࠶࡚࠾ၥ࠸ྜࢃࡏୗࡉ࠸ࠋ ࡞࠾ࠊᮏ࣏࣮ࣞࢺࡢᩥࡣ᪥ᮏཎᏊຊ◊✲㛤Ⓨᶵᵓ࣮࣒࣮࣍࣌ࢪ㸦http://www.jaea.go.jp㸧 ࡼࡾⓎಙࡉࢀ࡚࠸ࡲࡍࠋ ⊂❧⾜ᨻἲே᪥ᮏཎᏊຊ◊✲㛤Ⓨᶵᵓ ࠛ319-1195 ◊✲ᢏ⾡ሗ㒊 ◊✲ᢏ⾡ሗㄢ Ⲉᇛ┴㑣⌃㒆ᮾᾏᮧⓑ᪉ⓑ᰿ 2 ␒ᆅ 4 㟁ヰ 029-282-6387, Fax 029-282-5920, E-mail:[email protected] This report is issued irregularly by Japan Atomic Energy Agency. Inquiries about availability and/or copyright of this report should be addressed to Intellectual Resources Section, Intellectual Resources Department, Japan Atomic Energy Agency. 2-4 Shirakata Shirane, Tokai-mura, Naka-gun, Ibaraki-ken 319-1195 Japan Tel +81-29-282-6387, Fax +81-29-282-5920, E-mail:[email protected] © Japan Atomic Energy Agency, 2014 ゼ タ エ ク サ Ｚ Ｅ 10-2 ペ テ タ ラ Ｐ Ｔ ギ メ ガ ガ Ｇ Ｍ マイクロ ノ 10-9 ナ コ 10-12 ピ 10-15 フェムト キ ロ ヘ ク ト デ カ ｋ ｈ da d ° ’ 日 度 分 10-3 10-6 記号 セ ン チ ミ リ ト 10-18 ア 10-21 ゼ プ ト 10-24 ヨ ク ト d c m µ n p f a z y 1 d=24 h=86 400 s 1°=(π/180) rad 1’=(1/60)°=(π/10800) rad ” 1”=(1/60)’=(π/648000) rad ha 1ha=1hm2=104m2 L，l 1L=11=1dm3=103cm3=10-3m3 t 1t=103 kg 秒 ヘクタール リットル SI基本単位による 表し方 m/m 2/ 2 m m s-1 m kg s-2 m-1 kg s-2 m2 kg s-2 m2 kg s-3 sA m2 kg s-3 A-1 m-2 kg-1 s4 A2 m2 kg s-3 A-2 m-2 kg-1 s3 A2 m2 kg s-2 A-1 kg s-2 A-1 m2 kg s-2 A-2 K cd m-2 cd s-1 トン 表７．SIに属さないが、SIと併用される単位で、SI単位で 表される数値が実験的に得られるもの 名称 記号 SI 単位で表される数値 電 子 ボ ル ト ダ ル ト ン 統一原子質量単位 eV Da u 天 ua 文 単 位 1eV=1.602 176 53(14)×10-19J 1Da=1.660 538 86(28)×10-27kg 1u=1 Da 1ua=1.495 978 706 91(6)×1011m 表８．SIに属さないが、SIと併用されるその他の単位 名称 記号 SI 単位で表される数値 バ ー ル bar １bar=0.1MPa=100kPa=105Pa 水銀柱ミリメートル mmHg 1mmHg=133.322Pa m2 s-2 m2 s-2 s-1 mol (a)SI接頭語は固有の名称と記号を持つ組立単位と組み合わせても使用できる。しかし接頭語を付した単位はもはや コヒーレントではない。 (b)ラジアンとステラジアンは数字の１に対する単位の特別な名称で、量についての情報をつたえるために使われる。 実際には、使用する時には記号rad及びsrが用いられるが、習慣として組立単位としての記号である数字の１は明 示されない。 (c)測光学ではステラジアンという名称と記号srを単位の表し方の中に、そのまま維持している。 (d)ヘルツは周期現象についてのみ、ベクレルは放射性核種の統計的過程についてのみ使用される。 (e)セルシウス度はケルビンの特別な名称で、セルシウス温度を表すために使用される。セルシウス度とケルビンの 単位の大きさは同一である。したがって、温度差や温度間隔を表す数値はどちらの単位で表しても同じである。 (f)放射性核種の放射能（activity referred to a radionuclide）は、しばしば誤った用語で”radioactivity”と記される。 (g)単位シーベルト（PV,2002,70,205）についてはCIPM勧告2（CI-2002）を参照。 表４．単位の中に固有の名称と記号を含むSI組立単位の例 SI 組立単位 組立量 SI 基本単位による 名称 記号 表し方 -1 粘 度 パスカル秒 Pa s m kg s-1 力 の モ ー メ ン ト ニュートンメートル Nm m2 kg s-2 表 面 張 力 ニュートン毎メートル N/m kg s-2 角 速 度 ラジアン毎秒 rad/s m m-1 s-1=s-1 角 加 速 度 ラジアン毎秒毎秒 rad/s2 m m-1 s-2=s-2 熱 流 密 度 , 放 射 照 度 ワット毎平方メートル W/m2 kg s-3 熱 容 量 , エ ン ト ロ ピ ー ジュール毎ケルビン J/K m2 kg s-2 K-1 比 熱 容 量 ， 比 エ ン ト ロ ピ ー ジュール毎キログラム毎ケルビン J/(kg K) m2 s-2 K-1 比 エ ネ ル ギ ー ジュール毎キログラム J/kg m2 s-2 熱 伝 導 率 ワット毎メートル毎ケルビン W/(m K) m kg s-3 K-1 体 積 エ ネ ル ギ ー ジュール毎立方メートル J/m3 m-1 kg s-2 電 界 の 強 さ ボルト毎メートル V/m m kg s-3 A-1 電 荷 密 度 クーロン毎立方メートル C/m3 m-3 sA 表 面 電 荷 クーロン毎平方メートル C/m2 m-2 sA 電 束 密 度 ， 電 気 変 位 クーロン毎平方メートル C/m2 m-2 sA 誘 電 率 ファラド毎メートル F/m m-3 kg-1 s4 A2 透 磁 率 ヘンリー毎メートル H/m m kg s-2 A-2 モ ル エ ネ ル ギ ー ジュール毎モル J/mol m2 kg s-2 mol-1 モルエントロピー, モル熱容量 ジュール毎モル毎ケルビン J/(mol K) m2 kg s-2 K-1 mol-1 照 射 線 量 （ Ｘ 線 及 び γ 線 ） クーロン毎キログラム C/kg kg-1 sA 吸 収 線 量 率 グレイ毎秒 Gy/s m2 s-3 放 射 強 度 ワット毎ステラジアン W/sr m4 m-2 kg s-3=m2 kg s-3 放 射 輝 度 ワット毎平方メートル毎ステラジアン W/(m2 sr) m2 m-2 kg s-3=kg s-3 酵 素 活 性 濃 度 カタール毎立方メートル kat/m3 m-3 s-1 mol 表５．SI 接頭語 記号 乗数 接頭語 Ｙ シ 10-1 デ 表６．SIに属さないが、SIと併用される単位 名称 記号 SI 単位による値 分 min 1 min=60s 時 h 1h =60 min=3600 s （a）量濃度（amount concentration）は臨床化学の分野では物質濃度 （substance concentration）ともよばれる。 （b）これらは無次元量あるいは次元１をもつ量であるが、そのこと を表す単位記号である数字の１は通常は表記しない。 表３．固有の名称と記号で表されるSI組立単位 SI 組立単位 組立量 他のSI単位による 名称 記号 表し方 （ｂ） 平 面 角 ラジアン(ｂ) rad 1 （ｂ） (ｂ) (c) 立 体 角 ステラジアン sr 1 周 波 数 ヘルツ（ｄ） Hz 力 ニュートン N 圧 力 応 力 パスカル , Pa N/m2 エ ネ ル ギ ー , 仕 事 , 熱 量 ジュール J Nm 仕 事 率 ， 工 率 ， 放 射 束 ワット W J/s 電 荷 電 気 量 クーロン , C 電 位 差 （ 電 圧 ） , 起 電 力 ボルト V W/A 静 電 容 量 ファラド F C/V 電 気 抵 抗 オーム Ω V/A コ ン ダ ク タ ン ス ジーメンス S A/V 磁 束 ウエーバ Wb Vs 磁 束 密 度 テスラ T Wb/m2 イ ン ダ ク タ ン ス ヘンリー H Wb/A セ ル シ ウ ス 温 度 セルシウス度(ｅ) ℃ 光 束 ルーメン lm cd sr(c) 照 度 ルクス lx lm/m2 Bq 放 射 性 核 種 の 放 射 能 （ ｆ ） ベクレル（ｄ） 吸収線量, 比エネルギー分与, グレイ Gy J/kg カーマ 線量当量, 周辺線量当量, 方向 Sv J/kg シーベルト（ｇ） 性線量当量, 個人線量当量 酸 素 活 性 カタール kat 接頭語 ヨ タ オングストローム 海 里 バ ー ン Å Ｍ １Å=0.1nm=100pm=10-10m １M=1852m b ノ ネ ベ ト パ ル kn Np Ｂ １b=100fm2=(10-12cm)2=10-28m2 １kn=(1852/3600)m/s ル dB ッ ー デ ジ ベ SI単位との数値的な関係は、 対数量の定義に依存。 表９．固有の名称をもつCGS組立単位 名称 記号 SI 単位で表される数値 ル グ erg 1 erg=10-7 J エ ダ ポ イ ア ス ス ト ー ク チ ル フ ガ ォ ン dyn 1 dyn=10-5N ズ P 1 P=1 dyn s cm-2=0.1Pa s ス St 1 St =1cm2 s-1=10-4m2 s-1 ブ sb 1 sb =1cd cm-2=104cd m-2 ト ph 1 ph=1cd sr cm-2 104lx ル Gal 1 Gal =1cm s-2=10-2ms-2 マ ク ス ウ ｪ ル ガ ウ ス エルステッド（ ｃ） Mx G Oe 1 Mx = 1G cm2=10-8Wb 1 G =1Mx cm-2 =10-4T 1 Oe (103/4π)A m-1 （c）３元系のCGS単位系とSIでは直接比較できないため、等号「 」 は対応関係を示すものである。 キ レ ラ 名称 ュ リ ン レ ガ ト 表10．SIに属さないその他の単位の例 記号 SI 単位で表される数値 ー Ci 1 Ci=3.7×1010Bq ゲ ン ン R ド rad ム rem マ γ 準 大 気 1 rad=1cGy=10-2Gy 1 rem=1 cSv=10-2Sv 1γ=1 nT=10-9T 1フェルミ=1 fm=10-15m フ ェ ル ミ メートル系カラット ト 標 1 R = 2.58×10-4C/kg 1メートル系カラット = 200 mg = 2×10-4kg ル Torr 1 Torr = (101 325/760) Pa 圧 atm 1 atm = 101 325 Pa カ ロ リ ー cal ミ ク ロ ン µ 1cal=4.1858J（｢15℃｣カロリー），4.1868J （｢IT｣カロリー）4.184J（｢熱化学｣カロリー） 1 µ =1µm=10-6m （第8版，2006年改訂） JAEA-Research 2014-009 JAEA-Research 2014-009 配管合流部体系に関する高サイクル熱疲労現象の研究 －流体から構造材への温度変動伝達挙動評価－ 日本原子力研究開発機構 次世代原子力システム研究開発部門 FBR 要素技術開発ユニット ＋1 木村 暢之 、小林 順＋2、亀山 祐理*1、長澤 一嘉*2、 江連 俊樹、小野 綾子、上出 英樹 （2014 年 4 月 1 日受理） 温度の異なる流体が混合することによって発生する温度変動が構造材に伝搬（サーマルストラ イピング）し、構造材中に高サイクル熱疲労が発生する現象は、原子炉の安全設計上の重要課題 となっている。日本原子力研究開発機構では、ナトリウム冷却高速炉の高サイクル熱疲労現象に ついて、機構論に立脚した評価基準策定を目的として、様々な試験および解析研究を実施してい る。その一環として、T 字管体系の配管合流部におけるサーマルストライピングを対象として、 長周期温度変動水流動試験（WATLON：Water Experiment of Fluid Mixing in T-pipe with Long Cycle Fluctuation）を実施している。 本研究では、枝配管からの噴流が主配管壁面に沿って流れる壁面噴流条件を対象として、非定 常の熱伝達挙動を明らかにするため、WATLON 試験を実施した。試験では、流体温度分布と構造 材温度分布の同時計測および構造材温度分布と主配管内の流速分布の同時計測を行い、流体混合 部における壁面への熱伝達率および伝達挙動の局所流速依存性を把握した。試験の結果、壁面噴 流条件での熱伝達率は、温度変動が特に大きい領域において、平滑な直管を対象とした Dittus-Boelter の相関式に比べ、およそ 2～6 倍となることがわかった。さらに、壁面近傍における 流速の増加と壁面における熱伝達率は相関があることがわかった。 大洗研究開発センター（駐在） ：〒311-1393 茨城県東茨城郡大洗町成田町 4002 +1 次世代原子力システム研究開発部門 FBR 要素技術開発ユニット（2013 年 1 月迄在籍） +2 大洗研究開発センター *1 株式会社 エヌデーデー *2 株式会社 NESI 技術開発部 i JAEA-Research 2014-009 JAEA-Research 2014-009 Study on High Cycle Thermal Fatigue in Mixing Tee －Evaluation of Transfer Characteristics of Temperature Fluctuation from Fluid to Structure－ Nobuyuki KIMURA+1, Jun KOBAYASHI+2, Yuri KAMEYAMA*1, Kazuyoshi NAGASAWA*2, Toshiki EZURE, Ayako ONO and Hideki KAMIDE FBR Systems Technology Development Unit Advanced Nuclear System Research and Development Directorate Japan Atomic Energy Agency Oarai-machi, Higashiibaraki-gun, Ibaraki-ken (Received April 1, 2014) Thermal striping is observed at a point where hot and cold fluids are mixing. Evaluation of high cycle thermal fatigue on structural components is a significant issue for the reactor safety design. Japan Atomic Energy Agency (JAEA) has conducted experimental and numerical investigations to establish a quantitative evaluation method of high cycle thermal fatigue in a sodium-cooled fast reactor, based on the nature of the phenomena. A water experiment WATLON (as Water Experiment of Fluid Mixing in T-pipe with Long Cycle Fluctuation) has been conducted to clarify the thermal striping phenomena in a mixing tee area. In this study, water experiments WATLON were carried out to clarify the unsteady behavior of heat transfer under wall jet condition. In experiments, heat transfer coefficients between fluid and wall in the mixing region were obtained from temperature measurements using thermocouples (movable tree type in fluid and embedded type in wall). To clarify the relation between the local velocity and the wall temperature, those were measured simultaneously by the Particle Image Velocimetry (PIV) and the thermocouple measurement, respectively. Sampling time of the velocity by the PIV and the temperature by the thermocouple were synchronized in the measurement. The experimental results showed that the heat transfer coefficient was 2～6 time larger than the reference value predicted by the Dittus-Boelter correlation in straight pipes and was increased as the local velocity near the wall. Keywords：Thermal Striping, Mixing Tee, Temperature Fluctuation, PIV, Heat Transfer Coefficient +1 FBR Systems Technology Development Unit, Advanced Nuclear System Research and Development Directorat until January, 2013. +2 Technology Development Department, Oarai Research and Development Centre *1 NDD Incorporation *2 NESI Incorporation ii ii JAEA-Research 2014-009 目次 1.序論.............................................................................................................................................................. 1 2.試験.............................................................................................................................................................. 3 2.1 試験装置............................................................................................................................................... 3 2.2 計測方法............................................................................................................................................... 3 2.2.1 温度計測........................................................................................................................................ 3 2.2.2 流速計測........................................................................................................................................ 4 2.2.3 流速-温度同時計測....................................................................................................................... 4 2.3 試験条件と計測条件........................................................................................................................... 5 2.3.1 試験条件........................................................................................................................................ 5 2.3.2 計測条件........................................................................................................................................ 5 3.試験結果...................................................................................................................................................... 7 3.1 主配管内の入口流速の計測結果 ....................................................................................................... 7 3.2 主配管内の流体温度分布の計測結果 ............................................................................................... 7 3.3 流体から構造材への温度変動伝達特性 ........................................................................................... 9 3.3.1 流体と構造材の温度変動強度分布 ............................................................................................ 9 3.3.2 流体と構造材の時系列温度変動 .............................................................................................. 10 3.3.3 流体から構造材への温度の伝播挙動 ...................................................................................... 10 3.3.4 伝達関数の特性.......................................................................................................................... 11 3.3.5 熱伝達率の評価.......................................................................................................................... 13 3.4 熱伝達率とフローパターンの関係 ................................................................................................. 14 3.4.1 合流部下流のフローパターン .................................................................................................. 14 3.4.2 流速変動と流体温度変動の関係 .............................................................................................. 15 3.4.3 局所流速と熱伝達率の関係 ...................................................................................................... 16 4.結論............................................................................................................................................................ 17 謝辞............................................................................................................................................................... 17 参考文献....................................................................................................................................................... 18 付録 付録 1 AQUA を用いた数値解析と実験結果の比較.................................................................... 71 付録 2 熱電対の校正........................................................................................................................ 91 付録 3 実験データベース（CD） iii iii JAEA-Research 2014-009 Contents 1. Introduction .............................................................................................................................................. 1 2. Experiment ............................................................................................................................................... 3 2.1 Experimental Apparatus ..................................................................................................................... 3 2.2 Measurement Method......................................................................................................................... 3 2.2.1 Temperature Measurement .......................................................................................................... 3 2.2.2 Velocity Measurement................................................................................................................. 4 2.2.3 Velocity and Temperature Simultaneous Measurement............................................................... 4 2.3 Experimental and Measurement Conditions ...................................................................................... 5 2.3.1 Experimental Condition .............................................................................................................. 5 2.3.2 Measurement Condition .............................................................................................................. 5 3. Experimental Result ................................................................................................................................. 7 3.1 Inlet Velocity in Main Pipe................................................................................................................. 7 3.2 Fluid Temperature in Main Pipe......................................................................................................... 7 3.3 Transfer Characteristics of Temperature Fluctuation from Fluid to Structure.................................... 9 3.3.1 Temperature Fluctuation Intensity of Fluid and Structure........................................................... 9 3.3.2 Time-Series of Temperature Fluctuations in Fluid and Structure.............................................. 10 3.3.3 Prppagation Behavior of Temperature from Fluid to Structure ................................................. 10 3.3.4 Characteristics of Transfer Function ......................................................................................... 11 3.3.5 Evaluation of Heat Transfer Coefficient.................................................................................... 13 3.4 Relation between Heat Transfer Coefficient and Flow Pattern in Tee.............................................. 14 3.4.1 Flow Pattern in Downstream from Tee...................................................................................... 14 3.4.2 Relation between Velocity Fluctuation and Temperature Fluctuation ....................................... 15 3.4.3 Relation between Local Velocity and Heat Transfer Coefficient .............................................. 16 4. Conclusion.............................................................................................................................................. 17 Acknowledgement......................................................................................................................................... 17 Reference ...................................................................................................................................................... 18 Appendix Appendix1 Comparison of Numerical Results by AQUA Code and Experimental Results................ 71 Appendix2 Calibration Procedure of Thermocouples ......................................................................... 91 Appendix3 Experimental Data Base (CD) iv iv JAEA-Research 2014-009 図表リスト 表リスト 表 2.3 試験条件..................................................................................................................................... 20 図リスト 図 2.1.1 試験ループ構成図.................................................................................................................... 21 図 2.1.2 試験装置概略図........................................................................................................................ 22 図 2.2.1 可動式熱電対ツリーの概要 .................................................................................................... 23 図 2.2.2 熱応答供試板における熱電対の配置位置 ............................................................................ 23 図 2.2.3 PIV 計測システムの構成......................................................................................................... 24 図 2.3.1 流体温度分布計測試験における熱電対ツリー設置位置 .................................................... 25 図 2.3.2 熱伝達計測試験における熱電対ツリー設置位置 ................................................................ 26 図 2.3.3 PIV 計測位置 ............................................................................................................................ 27 図 3.1.1 主配管入口の時間平均流速ベクトル分布（PIV）.............................................................. 28 図 3.1.2 主配管入口の時間平均流速分布と流速変動強度分布の比較 ............................................ 29 図 3.2.1 時間平均温度コンター............................................................................................................ 30 図 3.2.2 温度変動強度コンター............................................................................................................ 31 図 3.2.3 時間平均温度グラフ................................................................................................................ 32 図 3.2.4 温度変動強度グラフ................................................................................................................ 33 図 3.2.5 温度変動強度が大きい位置の時系列温度変動 .................................................................... 34 図 3.2.6 流体温度変動の PSD................................................................................................................ 35 図 3.3.1 流体と構造材の温度変動強度コンター ................................................................................ 36 図 3.3.2 流体と構造材の温度変動強度グラフ .................................................................................... 39 図 3.3.3 流体と構造材の時系列温度変動の比較 ................................................................................ 45 図 3.3.4 流体と構造材の温度変動強度の比の流速依存性 ................................................................ 46 図 3.3.5 流体と構造材の温度変動強度の比の運動量比依存性 ........................................................ 48 図 3.3.6 流体と構造材の温度変動の PSD............................................................................................ 49 図 3.3.7 流体から構造材への温度変動の伝達特性 ............................................................................ 52 図 3.3.8 構造材温度変動の実験値と予測値の比較 ............................................................................ 53 図 3.3.9 流体温度変動の実験値と予測値の比較 ................................................................................ 54 図 3.3.10 熱伝達率と Dittus-Boelter 相関式の比較 ............................................................................... 55 図 3.3.11 熱伝達率と Dittus-Boelter 相関式の比 ................................................................................... 58 図 3.3.12 熱伝達率の流速依存性............................................................................................................ 61 図 3.3.13 熱伝達率の運動量比依存性 .................................................................................................... 63 v JAEA-Research 2014-009 図 3.4.1 瞬時流速ベクトル.................................................................................................................... 64 図 3.4.2 流体温度変動の Strohal 数と規格化 PSD の関係 ................................................................. 65 図 3.4.3 流体および構造材の温度変動と流速変動の関係 ................................................................ 68 図 3.4.4_1 局所流速と熱伝達率の関係 .................................................................................................... 69 図 3.4.4_2 時間平均流速と流速変動強度のグラフ ................................................................................ 70 図 3.4.4_3 壁面における熱伝達率の分布 ................................................................................................ 70 vi vi JAEA-Research 2014-009 1.序論 高温と低温の流体が混合すると、流体中に温度変動が発生し、その温度変動が構造材へ伝播す ることによって、構造材中に高サイクル熱疲労が発生する可能性がある。この現象をサーマルス トライピングと呼んでいる。加圧水型軽水炉（PWR）では、フランスの Civaux-1（1998 年） 、日 本の泊原発 2 号機（2003 年）で、また、ナトリウム冷却高速炉では、フランスの PHENIX（1991 年）で高サイクル熱疲労による貫通き裂が原因の冷却材漏洩事故が発生しており、この現象は原 子炉の安全設計上の重要課題となっている。 サーマルストライピングによる高サイクル熱疲労評価基準を策定する取り組みとして、日本機 械学会において、高低温水合流部温度揺らぎと閉塞分岐管の熱成層に関する高サイクル熱疲労評 価指針が提示されている[1]～[6]。しかしながら、本評価指針は軽水炉を対象としており、ナトリウ ム冷却高速炉では、冷却材のナトリウムの熱伝導率が水と比較して 100 倍高く流体中で発生した 温度変動が構造材に伝播されやすいことや、冷却系配管に薄肉配管が使用されることなどが異な っている。このため、本指針を直接適用することは困難と考えられる。 原子力機構では、ナトリウム冷却高速炉におけるサーマルストライピングについて、現象のメ カニズムを解明し、機構論に立脚した評価基準を策定することを目的として、様々な試験研究お よび解析研究を実施してきた。高低温流体の合流場として典型的な体系である T 管型の配管合流 部を対象とし、現象のメカニズム解明を目的として、長周期温度変動水試験（WATLON：Water Experiment of Fluid Mixing in T-pipe with Long Cycle Fluctuation）を実施し、流体混合部における温 度変動挙動を明らかにしてきた。また、炉心出口などで見られる噴流部でのサーマルストライピ ングを対象とし、平行なスリットから温度差のある 3 本の噴流を吐出させ噴流間の混合により温 度変動を発生させた体系での平行三噴流水試験（WAJECO）[7]～[9]および平行三噴流ナトリウム試 験（PLAJEST）[10]を実施し、温度変動のメカニズム並びに温度変動の構造材への伝播挙動を把握 した。さらに、構造材中の熱疲労挙動に着目したナトリウム試験として、高サイクル熱疲労試験 装置（SPECTRA）を用いた配管破損試験（以下、TTS 試験）を行い、流体の温度変動周波数が構 造物のき裂発生に及ぼす影響を評価している[11]。 一方、高サイクル熱疲労の評価基準の観点からは、温度変動パワースペクトル密度と構造材周 波数応答関数から疲労損傷係数を算出する手法を提案した[12]～[14]。構造材周波数応答関数を求め るためには、非定常な流動場における流体から構造材への熱伝達係数（以下、非定常熱伝達係数） が重要となるが、本手法では、伝達関数を用いて非定常熱伝達係数を算出する手法を適用してお り、WATLON 試験への適用結果と一般的な円管における熱伝達相関式（Dittus-Boelter の相関式） との比較などから適用性の検討も行ってきた[15]。しかしながら、非定常熱伝達係数と熱伝達相関 式の関係や非定常熱伝達についての詳細なメカニズムについては明らかでない。 本報では、温度変動挙動を示す非定常な流動場における熱伝達挙動に関する知見を取得するこ とを目的に、WATLON 試験装置における壁面噴流条件を対象として熱伝達挙動を把握する試験を 実施した。特に、非定常熱伝達係数と熱伝達相関式の関係を明らかにし、非定常熱伝達について の詳細なメカニズムを検討するため、流体温度分布と構造材温度分布の同時計測および構造材温 -- JAEA-Research 2014-009 度分布と流速分布の同時計測を実施し、流体混合部における構造材への熱伝達率および熱伝達挙 動の局所流速依存性を把握した。これらの結果について報告する。 -- JAEA-Research 2014-009 2.試験 2.1 試験装置 図 2.1.1 に試験ループ構成図を示す。試験ループは、作動流体の水をループへ供給するための主 配管側ポンプと枝配管側ポンプ、貯水槽（容量 30m3）、流体中の不純物を除去するフィルタ、各 配管用流量調整弁、冷却系ライン等から構成されている。貯水槽には、加熱ヒータが設置されて おり、貯水槽内の水温を制御することができる。主配管側を高温流体、枝配管側を低温流体が流 れ、試験部である T 管部において合流する。主配管側の温度は、試験部入口温度を参照して貯水 槽内のヒータにて制御する。枝配管側の温度は、ポンプと試験部入口との間に熱交換器を設置し、 貯水槽からの高温流体を冷却することにより、試験部入口温度が所定の温度となるように制御す る。図 2.1.2 に本試験体の概略図を示す。上流のバッファタンク内には、整流板と四分円型の縮流 ノズルが設置され、それより下流側では、アクリル製の多孔板を設置し、助走区間に流入する流 れを整流する。試験体は、内径 150mm（=1.0Dm）の主配管、内径 50mm（=1.0Db）の枝配管と試 験部上流側と下流側に設置された整流バッファから構成される。枝配管は、主配管と垂直に接合 される。さらに、枝配管は、主配管と鋭角に接合されており、面取り加工等は施されていない。 試験部と助走区間の配管は、中心軸を一致させるとともに、配管内面に段差が生じないよう、は め込み式のフランジ構造で接続される。また、試験部には、流速計測時に配管の屈折による影響 を低減させるため、透明アクリル樹脂製のウォータージャケットが設置される。主配管には、構 造材近傍の局所流速と構造材表面温度の同時計測を行うため、配管の一部内壁（配管合流部下流 の 0.5Dm～1.5Dm、 =140°～160°位置）に SUS316 製の熱応答供試板（後述）が設置されている。 2.2 計測方法 2.2.1 温度計測 図 2.2.1 に温度計測に用いる可動式熱電対ツリーの概要を示す。熱電対ツリーは、主配管内の径 方向の流体温度分布を測定できるように、配管中心軸から管壁方向に 5mm 間隔で 15 本、配管内 壁から 1mm、3mm の位置に 2 本の合計 17 本の熱電対が櫛状に配置されている。ツリー先端は、 外径 1mm、長さ 50mm の SUS 製保護管の中を通り、先端部分の 5mm が流体に接している。また、 熱電対ツリーは流動への影響を考慮して下流から挿入した。熱電対はシース外径 0.25mm の K 型 非接地タイプであり、時間応答は約 5.7×10-3 秒以下である。熱電対ツリーは±180°回転させること が可能であり、配管全周に渡って計測することができる。また、主配管の流れ方向に移動するこ とが可能であり、主配管内における三次元の温度分布を計測することできる。座標系は、水平方 向を x、鉛直方向を y、主配管軸方向を z、主配管周方向を θ とした。すなわち、x 軸は、主配管 中心線を 0mm、z 方向を向いて主配管左側面を+75mm、主配管右側面を-75mm とし、y 軸は、主 配管中心線を 0mm、主配管上面を+75mm、主配管下面を-75mm とし、z 軸は、主配管と枝配管の 中心軸が交わる点を原点とし、下流側を+とした。θ は枝配管の反対側を 0°、枝配管側を 180° とした。図 2.2.2 に熱応答供試板における熱電対の配置位置を示す。構造材表面の温度は、熱応答 供試板の熱電対により計測した。熱応答供試板は、z 方向に 173mm、板厚 5mm の SUS316 製とし、 K 型非接地（シース外径 0.25mm、材質 SUS316）の熱電対を埋め込んだ構造とした。これまでの -- JAEA-Research 2014-009 試験結果[15]を踏まえ温度変動強度が大きい領域（z/Dm=0.5～1.5、 =140°～160°）に配置した。 なお、シース外径が 0.25mm であることから、熱電対の熱接点の位置は、表面より 0.125mm の深 さと推定し、データ処理を行った。熱電対ツリーおよび熱応答供試板の熱電対は、恒温槽を用い て絶対校正された基準熱電対をループ内に挿入し、ループ内の水温を一定に保つことで基準熱電 対との相対校正を行った。測定誤差は±0.1℃以内であった。 （校正処理の詳細を付録 2「熱電対の 校正」に示す。 ）また、各位置での温度データは、5.0×10-3 秒間隔（200Hz）で 60000 点（約 300 秒）収録した。 2.2.2 流速計測 本試験での流速計測には、粒子画像流速測定法（Particle Image Velocimetry；PIV）を適用した。 PIV は、流れ場に微細なトレーサ粒子を混入させてレーザー等で可視化し、一定の時間間隔で収 録した可視化画像を画像処理することによって流速を得る手法である。PIV は非接触の計測手法 であり、時々刻々変化する平面内の瞬時の 2 次元流速分布を求めることができ、多くの計測点の データを取得することができる。図 2.2.3 に本試験で適用した PIV システムの構成を示す。本シス テムは、流体を可視化する Nd-YLF レーザー、画像を撮影する高速度カメラ（CMOS カメラ） 、撮 影された画像を収録・保存する PC および収録時間を制御するタイミングコントローラーから構 成した。レーザシートは z-y 方向に入射させ、レーザシートに対して垂直に高速度カメラを設置 し、流体中のトレーサ粒子を撮影した。レーザー照射間隔は、6.0×10-4 秒～1.9×10-3 秒の範囲で 調整した。1 収録での画像取得数は 2048 枚であり、フレームストラドリンクにより 1024 時刻分 の流速を取得した。サンプリング間隔は、5.0×10-3 秒間隔（200Hz）で 5.12 秒間、同じ位置で 3 回繰り返して収録した。計測領域は、配管合流部付近（2.3.2 節（4） ）では 135mm×135mm 程度、 試験部入口（2.3.2 節（1） ）では 256mm×256mm 程度とし、縦横 1024×1024 ピクセルの解像度で 画像撮影した。流速算出時の参照領域は 30×30 ピクセルとした。すなわち、PIV によって参照領 域内の平均流速が得られると想定すると、空間分解能は配管合流部付近の場合 4mm×4mm 程度、 試験部入口の場合 7.5mm×7.5mm 程度である。また、サブピクセル解析を考慮した粒子移動量の不 確かさは 0.2 ピクセル程度[16]～[18]である（例えば、配管合流部付近、配管内平均流速で 2.3%程度） 。 壁面近傍の流速を測定する際は、構造物壁面での反射光（ハレーション）が発生するため、トレ ーサ粒子の移動量を正確に測定することが困難となる。そこで、本試験では直径 0.07mm 程度の 合成吸着剤に蛍光塗料 Rhodamine-640（波長：630nm）を着色した粒子を使用し、カメラレンズの 前にレーザー光波長（波長：527nm）を阻止するノッチフィルタをセットすることで、蛍光のみ を撮影した。 2.2.3 流速-温度同時計測 熱応答供試板における熱電対と PIV による流速計測を組み合わせることで、流速と温度を同時 に計測した。温度計測方法と PIV による流速計測方法は前節（2.2.1 と 2.2.2）で述べたとおりであ る。PIV 計測位置は、熱応答供試板の熱電対取り付け位置（ =140°、150°、160°）と同じと した。その上で、信号発生器により発生させた同期信号を用いて、温度データ収録装置と PIV 計 測を同期させつつ計測を行った。 -- JAEA-Research 2014-009 2.3 試験条件と計測条件 2.3.1 試験条件 試験条件を表 2.3 に示す。壁面噴流条件を対象として、主配管と枝配管の流体温度をそれぞれ、 48℃、33℃で一定とし、配管内の平均流速（および運動量比）を変化させた試験を実施した。Case1-1 から Case1-5 は、運動量比が相対的に大きい 12.80 の条件、Case2-1 から Case2-6 は、運動量比が 相対的に小さい 8.09 の条件であり、運動量比を一定に保ちつつ、流速（レイノルズ数）を変化さ せる試験条件とした。Case3-1 から Case3-6 は、枝配管のレイノルズ数を一定に保ちつつ、運動量 比を 1.37～15.19 に変化させる試験条件とした。 （2.1）式に主配管と枝配管の運動量比の定義、並 びに噴流形態を決めるしきい値[19]を（2.3）から（2.5）式に示す。 Mm Mb Vm2 Dm Db Sb bV m Db 2 Sb （2.1） 2 b 2 （2.2） 壁面噴流： Mm Mb 1.35 （2.3） 偏向噴流： 0.35 Mm Mb 1.35 （2.4） 衝突噴流： Mm Mb 0.35 （2.5） ここで、Mm は主配管の運動量、Mb は枝配管の運動量、Vm は主配管の流速、Vb は枝配管の流速、 Dm は主配管の直径、Db は枝配管の直径、Sb は枝配管の断面積である。主配管の運動量を求める際 には、主配管流れが枝配管から噴出する流れに作用する面積を考慮し、（2.1）式の右辺に示すよ うに、主配管断面積ではなく主配管と枝配管の積を用いた。 2.3.2 計測条件 試験項目としては、主配管の入口流速を計測する入口流速計測試験、配管合流部から下流側に かけての流体温度を計測する流体温度分布計測試験、流体と構造材の温度を同時に計測する熱伝 達計測試験、流速と構造材温度を同時に計測する流速－温度同時計測試験の 4 つの項目について、 2.2 節で述べた計測手法を用いて実施した。以下に、試験の詳細を示す。 （1）入口流速計測試験 入口バッファ通過後の流体が整流されていることを確認するため、合流部手前の入口流速を計 -- JAEA-Research 2014-009 測した。計測位置は、合流部から上流に 4.0Dm の位置とし、計測断面は配管中心を通る z-y 断面と した。試験条件は、表 2.3 に示す 3 ケースとし、温度条件は等温で実施した。 （2）流体温度分布計測試験 熱電対ツリーを用いて T 管合流部における、流体中の温度分布を計測した。図 2.3.1 に流体温度 分布計測試験における熱電対ツリーによる計測位置を示す。z 方向の計測位置は、z/Dm=0.0、0.125、 0.25、0.375、0.5、0.75、1.0、1.25、1.5、2.0、2.5 の計 11 点とした。また、 方向の計測位置は、 枝配管側を =180°として、 =180°、170°、165°、160°、155°、150°、145°、140°、135°、 130°、120°、90°、60°、30°、0°の計 15 点とした。温度変動が大きくなることが予想され る 130°から 170°は 5°刻みで詳細に計測した。試験条件は、Case1-1 と過去に実施したストレ ート体系およびエルボ体系試験のリファレンスケースである Case2-3 の 2 ケースとした。 （3）熱伝達計測試験 流体から構造材への温度変動の伝達特性を把握するために、壁面近傍の流体温度と熱応答供試 板（図 2.2.2）の温度を同時に計測した。図 2.3.2 に熱伝達計測試験における熱電対ツリーによる 計測位置を示す。z 方向の計測位置は、枝配管中心軸を原点（z/Dm=0.0）として、z/Dm=0.5、0.75、 1.0、1.25、1.5 の計 5 点とした。 方向の計測位置は、枝配管側を =180°として、 =160°、155°、 150°、145°、140°の計 5 点とした。すなわち、熱電対ツリーの および z 方向位置が図 2.2.2 の熱電対埋め込み位置の および z 方向位置と同じとなるように設定した。試験条件は、表 2.3 に 示す全 17 ケースとした。 （4）流速－温度同時計測試験 熱応答供試板の熱電対による温度計測と PIV による流速計測を、信号発生器により発生させた 同期信号を用いて収録のタイミングを一致させて計測することにより、壁面近傍の局所流速が熱 伝達率へ与える影響を明らかにすることを目的とした。図 2.3.3 に PIV 計測時のレーザー入射方向 と画像取得位置を示す。PIV 計測位置は、熱応答供試板の熱電対取り付け位置近傍とし、z 方向は、 上流、中央（熱応答供試板設置位置） 、下流の 3 断面、y 方向は、壁面近傍で =140°、150°、160° （ただし、上流と下流は 150°のみ）に相当する 3 断面とし、合計で 1 ケース辺り 5 ヶ所とした。 試験条件は、表 2.3 に示す全 9 ケースとした。また、本計測では、流速計測に対する温度差によ る屈折の影響を考慮して、主配管の流体温度を 42℃、枝配管の流体温度を 32℃に設定し、温度差 を 10℃として実施した。 -- JAEA-Research 2014-009 3.試験結果 3.1 主配管内の入口流速の計測結果 図 3.1.1 に主配管内における入口流速の時間平均流速ベクトルを示す。流速は（3.1）式で示す とおり、主配管流速で規格化し、（3.2）式より時間平均流速を算出した。図 3.1.2 に主配管入口 （z/Dm=-4.0）の z 方向の時間平均流速と流速変動強度を示す。ここでは、z 方向流速を w とし、 規格化した時間平均流速を w*Avg、流速変動強度を w*RMS と定義する。横軸は主配管の直径によっ て規格化した配管中心からの位置、縦軸は z 方向の時間平均流速と流速変動強度である。流速変 動強度は（3.3）式により算出し、 （3.4）式で規格化した。 w* w Vm （3.1） N w *Avg i 1 wi* N w RMS w*RMS （3.2） N i 1 2 wi w Avg N wRMS Vm （3.3） （3.4） ここで、Vm は主配管流速、wAvg は時間平均流速、wRMS は流速変動強度、N は計測点数（1024 点； 5.12 秒） 、*は規格化値を示す。主配管入口の時間平均流速 w*Avg と流速変動強度 w*RMS より、流速 は、全てのケースで配管の中心部で大きく壁面近傍で小さくなっている。流速変動強度は、配管 の中心部で小さく壁面近傍で大きくなっている。さらに、時間平均流速分布は、実線に示す 1/7 乗流速分布則と同等の分布を示していることから、配管内の流速は十分に発達した状態であった とみなすことができる。 3.2 主配管内の流体温度分布の計測結果 主配管流速 Vm と枝配管流速 Vb の流速比 Vm/Vb をパラメータとし、主配管内の流体温度分布につ いて評価を行った。ここでは、Case1-1（流速比 1.84）と Case2-3（流速比 1.46）の 2 ケースにつ いて評価した。流体温度は（3.5）式で規格化し、時間平均温度を（3.6）式より算出した。温度変 動強度は（3.7）式より算出し、 （3.8）式で規格化した。 -- JAEA-Research 2014-009 T* T Tb Tm Tb N * TAvg i 1 Ti * * TRMS （3.6） N N T RMS （3.5） i 1 Ti T Avg 2 （3.7） N TRMS Tm Tb （3.8） ここで、Tm は主配管入口温度、Tb は枝配管入口温度、TAvg は時間平均温度、TRMS は温度変動強 度、N は計測点数（30000 点；150 秒） 、*は規格化値を示す。図 3.2.1 に時間平均温度コンター、 図 3.2.2 に温度変動強度コンターを示す。水平方向断面図（z-x）は、枝配管中心を含む主配管軸方 向断面を示し、径方向断面図（y-x）は、z/Dm=0.0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 の位置における断面を 示す。枝配管からの低温流体は、主配管に合流後、x/Dm=-0.5 の壁面に沿って流れていき、下流側 に向かうにつれて高温流体との混合が進んでいる様子が確認できる。温度変動強度については、 z/Dm=0.0～1.0 の範囲の低温流体と高温流体が混じりあう境界部分で温度変動強度が大きくなる様 子が確認できる。z/Dm=0.0～0.5（合流直後）における x/Dm=-0.5 の枝配管側の壁面近傍では、温度 変動強度が小さくなっており、z/Dm=1.0 より下流側については、下流側に進むにつれて温度変動 強度が比較的大きい領域が主配管の中心付近まで広がっている様子が確認できる。 図 3.2.3 に主配管と枝配管の中心軸を通る位置（y/Dm=0.0、z/Dm=0.0）における時間平均温度の x 方向分布の比較、図 3.2.4 に同位置の温度変動強度の x 方向分布の比較をそれぞれ示す。グラフの 横軸は規格化した時間平均温度および温度変動強度、縦軸は規格化した x 方向位置である。両ケ ースを比較すると、時間平均温度は、ほぼ同様の分布を示している様子が確認できる。温度変動 強度もほぼ同様の傾向を示しているが、Case1-1 の方がわずかに大きな値となっており、壁面に近 い位置でより大きくなる様子が確認できる。 図 3.2.5 に Case1-1 と Case2-3 の z/Dm=0.0 および 0.5 における温度変動強度が最大となる位置で の時系列の温度変動を示す。Case1-1 の温度取得位置は、 =180°の z/Dm=0.0、x/Dm=-0.4 および z/Dm=0.5、x/Dm=-0.2 であり、Case2-3 の温度取得位置は、 =180°の z/Dm=0.0、x/Dm=-0.37 および z/Dm=0.5、x/Dm=-0.17 である。横軸は時間、縦軸は規格化温度である。時系列温度変動を示す時間 は、2 秒間である。両ケースの温度変動を見ると、Case2-3 のほうが小刻みに変動している様子が 確認できる。次に、時系列温度変動の周波数特性を確認するために、パワースペクトル密度（以 下、PSD）による評価を行った。図 3.2.6 に流体温度変動の PSD を示す。横軸は周波数、縦軸は温 -- JAEA-Research 2014-009 度変動のパワーである。PSD は収録した温度の全収録データ（30000 点、150 秒）から、2048 点 （10.24 秒）の連続した温度データ列を 0.1 秒刻みで始点を変化させながら複数個（全収録期間に わたり）取り出し、各データに FFT を施した後に平均化処理を行って求めた。z/Dm=0.0、0.5 の両 計測位置における PSD をみると、低周波数域では Case1-1 のほうが大きく、高周波数域は Case2-3 のほうが大きくなる様子が確認できる。また、両ケースともに卓越周波数は存在しないことがわ かる。 以上の結果より、主配管内の流体の時間平均温度は、流速比が大きい Case1-1 より流速比の小 さい Case2-3 のほうが、低温流体の混合が主配管中心（x/Dm=0.0）近くまで広がることがわかった。 次に、温度変動の PSD による評価を行い、低周波数域のパワーは Case1-1 のほうが大きく、高周 波数域のパワーは Case2-3 のほうが大きいことを確認した。すなわち Case1-1 は温度変動の周期が 長く、Case2-3 は温度変動の周期が短いことがわかった。 3.3 流体から構造材への温度変動伝達特性 流体と構造材における温度変動の伝達特性について、熱伝達計測試験の結果を用いて評価を行 った。熱伝達計測試験は、表 2.3 に示す全 17 ケースを対象として実施した。本節では、Case2-3 （Vm=1.46、Vb=1.00、流速比 1.46）をリファレンスケースとし、流体から構造材への温度変動伝達 特性の空間特性、流速依存性、運動量比依存性を評価する。ここで、本文における空間特性の評 価とは、熱応答供試板の熱電対設置位置ごとに、温度変動の伝達特性などにどのような違いが生 じているのかを評価することである。空間特性を評価する位置は後述する。流速依存性は、Case1-1 から Case1-5 と Case2-1 から Case2-6 を用いて評価した。運動量比依存性は、Case3-1 から Case3-6 を用いて評価した。なお、それ以外の実験データについては、別添の付録 3.1～3.13 に収録する。 3.3.1 流体と構造材の温度変動強度分布 流体から構造材への温度変動伝達特性を評価するためには、流体と構造材それぞれの温度変動 強度が重要となる。そのため、熱応答供試板を取り付けた位置（z/Dm=0.5～1.5、 =140°～ 160°）における流体と構造材の温度変動強度分布から温度変動伝達特性の評価を行う位置を決定 した。図 3.3.1-1 から図 3.3.1-3 に流体と構造材の温度変動強度コンターを示す。計測位置は、流体 側は構造材から 1mm の位置、構造材側は構造材表面より内側に 0.125mm の位置とした。流体側 の温度変動強度は、全ての条件で z/Dm=0.5、 =150°の位置が最大となり、下流側に向かうにつ れ小さくなっている。また、流速比一定の Case1-1 から Case1-5 と Case2-1 から Case2-6 における z/Dm=0.5、 =150°の温度変動強度は、流速が大きくなるにつれて小さくなっている。次に、構造 材の温度変動強度を見ると、高流速条件では、一部の条件(Case2-4 から Case2-6)を除いて、流体 側と同様に、z/Dm=0.5、 =150°の位置で温度変動強度が大きくなっている。また、下流側に向か うにつれて温度変動強度が小さくなることがわかる。さらに、低流速条件（Case2-1 から Case2-3 など）では、ほぼ一様な分布に近づくことが確認できる。 図 3.3.2-1 から図 3.3.2-6 に流体と構造材の温度変動強度のグラフを示す。グラフの横軸は 方向 位置、縦軸は規格化した温度変動強度とし、z/Dm=0.5～z/Dm=1.25 の位置での結果を試験条件ごと -- JAEA-Research 2014-009 にプロットした。前述のとおり、流体側の温度変動強度は、全ての条件で z/Dm=0.5、 =150°の 位置で最大となっている。また、構造材側の温度変動強度は、高流速条件では、流体側同様 z/Dm=0.5、 =150°の位置で最大となり、低流速条件ではほぼ一様な分布となることがわかる。 以上の結果より、熱応答供試板周辺において、温度変動強度が最も大きくなる位置は z/Dm=0.5、 =150°付近であり、下流側に向かうにつれ温度変動強度は小さくなることがわかった。よって、 本報告における温度変動伝達特性の空間特性の評価は、温度変動強度が大きい z/Dm=0.5、 =150°と、同じ 方向位置で温度変動強度が小さい下流側の z/Dm=1.5、 =150°の 2 点を対象と して行うこととした。 3.3.2 流体と構造材の時系列温度変動 図 3.3.3 に Case2-3 における流体と構造材の時系列温度変動を示す。横軸は時間、縦軸は規格化 した温度である。ここで、グラフに示す横軸の時間は 2 秒間とした。温度の計測位置は、流体側 は構造材から 1mm の位置、構造材側は構造材表面より内側に 0.125mm の位置である。構造材の 温度変動は、流体の温度変動に比べ振幅が小さく、流体の温度変動に追従する傾向が見られた。 これは、構造材近傍の流体温度変動が構造材に伝わることで、構造材に温度変動が生じることを 示している。 3.3.3 流体から構造材への温度の伝播挙動 流体から構造材に伝わる温度の伝播挙動を、流体と構造材の温度変動強度の比を用いて評価す る。温度変動強度の比は（3.9）式で定義した。 k T f _ RMS （3.9） Ts _ RMS k は温度変動強度の比、Tf_RMS は流体の温度変動強度、Ts_RMS は構造材の温度変動強度であり、k が大きくなるほど流体から構造材に伝わる温度変動の減衰が大きくなることを意味する。 図 3.3.4-1 から図 3.3.4-2 に流体と構造材の温度変動強度の比の主配管の流速に対する流速依存性 を示す。 （a）は z/Dm=0.5 の 方向位置、 （b）は =150°の z 方向位置として、横軸はそれぞれ 方 向位置と z 方向位置、縦軸は温度変動強度の比とし、流速をパラメータとしてプロットしたもの である。Case1-1 を除き、全ての 方向位置と z 方向位置で、流速が大きくなるにつれて温度変動 強度の比が小さくなる様子が確認できる。また、 方向については =140°側、z 方向については z/Dm=1.5 側でそれぞれ温度変動強度の比が大きくなる様子が確認できる。図 3.3.5 に流体と構造材 の温度変動強度の比の主配管と枝配管間の運動量比に対する運動量比依存性を示す。（a）は z/Dm=0.5 における 方向分布、 （b）は =150°における z 方向分布であり、横軸はそれぞれ 方向 位置と z 方向位置、縦軸は温度変動強度の比であり、運動量比をパラメータとしてプロットした ものである。Case3-1 を除く全ての計測位置で運動量比が大きくなるにつれて温度変動強度の比が 小さくなる様子が確認できる。また、空間特性についても、Case1-1 から Case1-5 と Case2-1 から Case2-6 と同様に、 方向については =140°側、z 方向については z/Dm=1.5 で温度変動強度の比 - 10 - JAEA-Research 2014-009 が大きいことが確認できる。これより、流体から構造材に伝わる温度の伝播挙動には、流速およ び運動量比への依存性が見られることがわかった。すなわち、流速および運動量比が小さい場合 には、温度変動の減衰が大きいのに対し、流速および運動量比が大きくなるにつれ、温度変動の 減衰が小さくなることがわかった。 次に、温度の伝播挙動の周波数特性を PSD により評価した。図 3.3.6-1 から図 3.3.6-3 に流体お よび構造材温度変動の PSD の比較を示す。計測位置は温度変動強度の大きい z/Dm=0.5、 =150° と同じ 方向位置で温度変動強度の小さい z/Dm=1.5、 =150°とした。横軸は周波数、縦軸は温度 変動のパワーである。PSD は収録した温度の全収録データ（60000 点、300 秒）から、2048 点（10.24 秒）の連続した温度データ列を 0.1 秒刻みで始点を変化させながら複数個（全収録期間にわたり） 取り出し、各データに FFT を施した後に平均化処理を行って求めた。Case1-1 から Case1-5 と Case2-1 から Case2-6 では、低周波数域では低流速条件で大きく、高周波数域では高流速条件で大 きくなる様子が確認できる。構造材温度変動の PSD は、低周波数域においては流速条件による差 が見られないが、高周波数域では高流速条件で大きくなる様子が確認できる。卓越周波数は、下 流側の z/Dm=1.5、 =150°において見られ、リファレンスケースである Case2-3 では、5.8Hz であ った。また、卓越周波数は、高流速の条件ほど高周波数となることがわかった。Case3-1 から Case3-6 は、z/Dm=0.5、 =150°では運動量比によらず、同様の PSD 分布がみられるが、z/Dm=1.5、 =150° では運動量比により PSD の値が変化しており、運動量比が小さい条件のほうが PSD の減衰が大き くなる様子が確認できる。また、卓越周波数は z/Dm=1.5 でのみ見られ、運動量比が大きい条件ほ ど高周波の卓越周波数を持つことがわかった。 3.3.4 伝達関数の特性 流体から構造材への温度変動伝達挙動を推定するためには、熱伝達率が必要である。原子力機 構では、過去の研究[20]で、単一周期の温度変動に関する理論解に、試験より得られた流体と構造 材間の伝達関数の振幅の値をフィッティングさせ、最小二乗法により熱伝達率を推測する方法を 提案してきた。本研究では、流体（構造材表面より 1mm）と構造材（構造材表面より-0.125mm） の温度変動から熱伝達率 h を求めた。熱伝達率の算出方法を以下に示す。 半無限固体に対して T f A sin t で温度が変動する流体から、熱伝達率 h で熱が伝わる場 合の温度応答は次式で表される[21]。 h * exp Ts t , h * 2a 2a 2 2a 2 A sin t 2a （3.10） * ただし、 h と は以下のようにする。 h* h tan （3.11） 1 2a h * - 11 - 2a （3.12） JAEA-Research 2014-009 ここで、A は温度変動の振幅、 は角振動数、a は構造材の温度伝導率、 は初期位相、h は熱伝 達率、 は構造材の熱伝導率、 は壁表面からの距離である。（3.10）式における、伝達関数のパ ワーおよび位相遅れは、以下の（3.13）式と（3.14）式となる。 h * exp 伝達関数のパワー： h 位相遅れ * 2a 2a 2 2a 2 2a ： （3.13） （3.14） 本研究では、 （3.10）式において、実験で得られた Tf および Ts を用いて、最小二乗法により熱伝 達率 h を求めた。 次に、流体と構造材の温度変動にフーリエスペクトル解析を用いることで、計算される 2 点間 の伝達関数のパワーと位相遅れと、先に得られた熱伝達率 h を（3.13）式と（3.14）式に代入して 得られる理論解と比較を行った。ここで、フーリエスペクトル解析による伝達関数の算出は以下 の通り行った。 ① 流体と構造材の温度の時系列データを取得。 T f t t=1, n （3.15） Ts t t=1, n ② 温度の時系列データをフーリエ変換によりスペクトルへ変換する。 Ff f Tf t （3.16） Fs f ただし、 Ts t A は A のフーリエ変換を表す。 ③ 伝達関数を次式により求める。 H f Fs f Ff f （3.17） ④ 流体と構造材の温度を取得するデータを時系列で変え、②から③を複数回繰り返して伝達 関数をそれぞれ求める。 ⑤ ④で得られた伝達関数をアンサンブル平均化し、パワーと位相遅れを計算する。 H(f)は伝達関数、Ff(f)と Fs(f)は流体と構造材の温度から測定したフーリエ関数とする。図 3.3.7 に流体温度と構造材温度から得られた伝達関数の特性を示す。左側の図は伝達関数のパワー（振 幅の 2 乗） 、右側の図は位相遅れとし、 （3.13）式と（3.14）式より導いた理論曲線と（3.17）式よ - 12 - JAEA-Research 2014-009 り求める伝達関数の比較を示す。また、試験により計測した値は有意な周波数成分のみで比較し た。試験で得られた伝達関数のパワーと位相遅れは、理論曲線とよく一致してプロットされてい る様子が確認できる。これより、実験で得られた伝達関数のパワーと位相遅れは、理論値どおり となることがわかった。 次に、構造材表面近傍の流体温度変動と熱伝達率から構造材温度変動の予測、構造材温度変動 と熱伝達率から構造材表面近傍の流体温度変動の予測を行った。各温度変動の予測値の算出方法 を以下に示す。 ① 温度変動の時系列データ（試験値）を FFT により周波数成分に変換する。 ② 伝達関数のパワー及び位相の理論式（3.13）式と（3.14）式より得られた熱伝達率を代入し、 各周波数成分における温度変動の振幅と位相を推定する。 ③ 算出した振幅と位相から逆 FFT により温度変動の時系列データ（予測値）を算出する。 図 3.3.8 に構造材温度変動の試験値と予測値の比較を示す。横軸は時間、縦軸は規格化した温度 である。グラフに示す横軸の時間は 2 秒間とした。z/Dm=0.5、 =150°は、温度変動の傾向は一致 しているが、規格化温度の絶対値にわずかな違いが見られ、z/Dm=1.5、 =150°は、温度変動の傾 向と規格化温度の絶対値ともに良く一致する様子が確認できる。 図 3.3.9 に流体温度変動の試験値と予測値の比較を示す。横軸は時間、縦軸は規格化温度である。 黒点線が構造材温度、黒実線が流体温度変動の試験値、黒点線が流体温度変動の予測値である。 両計測位置で、流体温度変動の予測値と試験値は、変動の傾向も振幅の絶対値も良く一致する様 子が確認できる。 以上の結果より、構造材および流体の各温度変動を熱伝達率から予測して試験値と比較を行っ た結果、各温度変動の傾向を十分模擬できることがわかった。これより、本研究における熱伝達 率算出手法は妥当であることを確認した。 3.3.5 熱伝達率の評価 平滑な直管を対象とした熱伝達率を示す Dittus-Boelter の相関式[22]と（3.10）式より推定した非 定常の熱伝達率の比較を行った。試験より得られる非定常の熱伝達率は、（3.18）式より Nusselt 数（ヌセルト数；Nu）として評価した。また、Dittus-Boelter の相関式により推定される熱伝達率 （Nu_D）は（3.19）により定義した。 Nu Nu _ D Re hDm （3.18） 0.023 Re 0.8 Pr 0.4 VD m （3.19） （3.20） - 13 - JAEA-Research 2014-009 Pr （3.21） 図 3.3.10-1 から図 3.3.10-3 に試験で得られた熱伝達率と Dittus-Boelter の相関式の比較を示す。 横軸はレイノルズ数（Re）とプラントル数（Pr）から定義する値、縦軸は試験より得られた熱伝 達率（ヌセルト数）である。ここで、h は流体の熱伝達率、 は流体の熱伝導率、V は主配管と枝 配管の混合流速、 は粘性係数、 は温度拡散率である。全てのケースと計測位置で、試験結果か ら導いた熱伝達率は Dittus-Boelter の相関式と比べておよそ 2～6 倍大きくなる様子が確認できる。 これは、後述の流速分布計測で確認されたように、配管合流部の下流域におけるカルマン渦的な 流れに起因し、計測点の壁面近傍における局所流速が大きくなることが原因と考えられる。図 3.3.11-1 から図 3.3.11-3 にヌセルト数と Dittus-Boelter の相関式の比を示す。周方向位置で合流部か ら遠い =140°では、z/Dm=1.0 で比が大きく、z/Dm=0.5 と z/Dm=1.5 で小さくなる傾向が見られる。 一方、 =160°では、z/Dm=0.5 で比が大きく、z/Dm=1.5 で小さくなる傾向が見られる。このよう に、ヌセルト数と Dittus-Boelter の相関式の比は、周方向および z 方向で変わることがわかった。 図 3.3.12-1 から図 3.3.12-2 に熱伝達率の流速依存性を示す。横軸は z 方向位置、縦軸はヌセルト 数とし、 方向位置ごとに整理した。全ての計測位置で流速が大きくなるにつれて、熱伝達率が大 きくなる様子が確認できる。図 3.3.13 に熱伝達率の運動量比依存性を示す。流速をパラメータと した場合と同様、全ての計測位置で運動量比が大きくなるにつれて、熱伝達率が大きくなる様子 が確認できる。 以上より、試験で得られる熱伝達率は Dittus-Boelter の相関式により推定される熱伝達率と比較 して 2～6 倍大きく、空間的に分布を有することがわかった。さらに、流速および運動量比が大き くなるにつれて熱伝達率は大きくなることがわかった。 3.4 熱伝達率とフローパターンの関係 3.4.1 合流部下流のフローパターン 過去の研究[15][23]では、合流部の下流域でカルマン渦が生成されることで、渦近傍の流体温度変 動が大きくなることが示されている。本研究では、流速計測が部分的であるため、合流部下流の フローパターンを全て把握することができない。そこで、Strouhal 数（ストローハル数；St）によ る評価を行うことで、合流部下流でカルマン渦が発生していることを予想した。 図 3.4.1 に合流部下流側における瞬時の流速ベクトルを示す。計測位置は z/Dm=1.0 付近、 =150° （合流部下流）の位置である。リファレンスケースの Case2-3 は、z/Dm=1.25 の壁面近傍の領域を 見ると、t =2.1 秒で比較的遅い流れが計測され、t =2.19 秒になると速い流れが計測されている。そ の後、t =2.28 秒で速い流れが解消され、t =2.1 秒とほぼ同様の流れとなっている。この間の時間差 は 0.18 秒であり、周波数に変換すると 5.6Hz に相当する。これは、流体温度変動の卓越周波数と ほぼ同じである。これより、流れの変動が見られる時間差と温度変動の卓越周波数が同等の周波 数を持っていることがわかった。次に、ストローハル数の評価を行った。レイノルズ数のオーダ ーが 103～105 の条件において、流体中に置かれた円柱の後流に発生するカルマン渦の渦放出周波 - 14 - JAEA-Research 2014-009 数はストローハル数 0.2 程度となる。そこで、枝配管の口径と主配管流速からストローハル数を 算出し、ストローハル数と流体温度変動の無次元 PSD の関係を評価する。ストローハル数は以下 の（3.22）式より算出した。 St fDb Vm （3.22） f は各変動の周波数、Db は枝配管の口径、Vm は主配管流速とする。また、流体温度変動の無次 元 PSD は以下の（3.23）式より算出した。 PSD V m T 2 Db PSD * T Tm Tb （3.23） （3.24） 図 3.4.2-1 から図 3.4.2-3 にストローハル数と無次元 PSD の関係を示す。 横軸はストローハル数、 縦軸は無次元 PSD とし、計測位置は温度変動強度の大きい z/Dm=0.5、 =150°と、同じ 方向位置 で温度変動強度の小さい z/Dm=1.5、 =150°とした。運動量比を一致させ流動形態を合わせた Case1-1 から Case1-5 と Case2-1 から Case2-6 の卓越周波数は、ストローハル数 0.19 から 0.2 の範 囲で確認できるが、枝配管流速を固定して主流流速を変えた Case3-1 から Case3-6（流動形態がわ ずかに変化）では、ケースごとに卓越周波数に違いが見られた。過去の研究[24]では、噴流形態（主 配管と枝配管の運動量比に依存）により卓越周波数が変わることが報告されており、本実験とも 整合する。これは、流動形態の僅かな違いにより、局所流速、すなわち、渦の移流速度が変わる ためと考えられる。 以上の結果より、合流部下流のフローパターンは、周期性のあるフローパターンを持つことが わかった。また、ストローハル数の評価により、カルマン渦の放出周波数と同じ周波数特性を持 つことを確認した。よって、今回の計測においても、合流部下流でカルマン渦と同様の現象が発 生していると考えられる。 3.4.2 流速変動と流体温度変動の関係 流速変動と流体温度変動の関係を、y 方向流速 v と z 方向流速 w を用いて評価する。図 3.4.3 に Case2-3 の流体温度変動と流体の流速変動の関係を示す。横軸は時間、縦軸は規格化温度と規格化 流速（y 方向：v/Vd, z 方向：w/Vd）である。ここで、Vd は（3.25）式により定義した。 Vd D m2 V m Db2Vb D m2 （3.25） 横軸の時間は 1 秒間の範囲とし、黒実線が流体温度、青線が y 方向流速、赤線が z 方向流速で ある。ここで使用する流体温度は、3.3.4 節で述べた手法により、計測により得られた熱伝達率と - 15 - JAEA-Research 2014-009 構造材温度から位相遅れを含めて逆算した、構造材近傍での流体温度の予測値である。 方向の計 測位置は、温度変動強度の大きい =150°とし、流体側は構造材から 1mm、構造材側は構造材表 面より内側に 0.125mm の位置である。z 方向流速 w/Vd と流体温度変動の関係を見ると、z/Dm=1.0 と z/Dm=1.25 では、w/Vd が大きくなると流体温度が上昇する様子が確認できる。これは、w/Vd が 大きい時には、主配管を流れる高温流体が構造材近傍に多く流れるためである。また、y 方向流 速 v/Vd が小さくなる（負になる）時に、壁面近傍の流体温度が低くなる様子が確認できる。これ は、枝配管からの低温流体が構造材近傍に流れることで、構造材近傍の流体温度が低くなるため であると考えられる。これらの現象は周期的に発生しており、前節で示したカルマン渦的なフロ ーパターンに起因すると考えられる。 3.4.3 局所流速と熱伝達率の関係 前節までに、合流部下流域においてカルマン渦が発生し、それに伴う温度変動が流体中に見ら れることを述べた。一方、3.3 節において、試験により得られた壁面での熱伝達率は Dittus-Boelter より大きい値となるとともに、空間的な分布を有し局所性を持つことを述べた。局所的な流速増 加が熱伝達率に影響を与えていると考えられることから、本節では、局所流速と熱伝達率の関係 を評価し、カルマン渦的なフローパターンと熱伝達率分布との関係を明らかにする。 図 3.4.4 にリファレンスケースである Case2-3 における局所流速と熱伝達率の関係を示す。ここ で用いる熱伝達率は（3.18）式で定義した Nu とする。はじめに、図 3.4.4_1 に z/Dm=0.5～1.25、 =150°位置の z 方向の時間平均流速ベクトルと流速変動強度コンターを示す。時間平均流速ベク トルを見ると、合流部直後から z/Dm=0.75 付近の配管中心部分で遅い流れが計測され、壁面近傍で 速い流れが計測されている。z/Dm=0.75 より下流側では一様な分布となっている。流速変動強度コ ンターを見ると、流速変動強度は高流速と低流速の境界部分である配管中心と壁面の間の領域で 大きくなり、z/Dm=1.0 より下流側および壁面近傍では一様となっている。 図 3.4.4_2 に時間平均流速と流速変動強度のグラフを示す。横軸は、規格化した z 方向の時間平 均流速と流速変動強度、縦軸は y 方向の配管中心からの距離である。時間平均流速のグラフから 壁面近傍（y=-0.036）の値を見ると、z/Dm=0.5 が最も大きく、z/Dm=1.0 と z/Dm=1.5 は同等の値とな っている。以上より、合流部に近い位置では、中心の流速が弱く、壁面近傍の流速が強い傾向が わかった。一方、合流部から遠い位置では、中心と壁面近傍の流速差が小さく、フラットな流れ となっていることがわかった。 図 3.4.4_3 に =150°位置の壁面での熱伝達率と時間平均流速の分布を示す。 横軸は z 方向位置、 縦軸の第 1 軸は試験より得られた熱伝達率（Nu） 、第 2 軸は壁面近傍の時間平均流速（VAvg/Vd）で ある。熱伝達率は z/Dm=0.5 が最も大きく、z/Dm=0.75 より下流では小さい値で一定となっている。 また、時間平均流速も z/Dm=0.5 が最も大きく、下流側に向かうにつれて小さくなっている。これ より、壁面近傍の流速が大きい位置において、熱伝達率が大きい結果となっており、壁面近傍に おける流速の増加と壁面における熱伝達率に相関があることがわかった。 - 16 - JAEA-Research 2014-009 4.結論 T 管型の配管合流部を対象とした長周期温度変動水試験を実施し、壁面噴流条件下での流体お よび構造材の温度計測を行い、流体から構造材への熱伝達挙動を明らかにした。また、構造材近 傍の局所流速と構造材表面温度の同時計測を実施し、局所流速と熱伝達率の分布との関係を明ら かにした。以下に本研究で得られた結論を示す。 ・流体中の温度分布計測試験の結果から、主配管と枝配管の流速比が小さいケースのほうが、低 温流体の混合が主配管中心まで広がる。 ・流体温度変動のパワースペクトル密度の評価より、流速比の大きいケースは温度変動の周期が 長く、流速比の小さいケースは温度変動周期が短くなる。また、合流部下流における流体温度変 動に卓越周波数は見られない。 ・既報の熱伝達率算出手法[20]によって得られた熱伝達率を用いて、構造材および流体中の温度変 動をそれぞれ予測し試験値と比較した結果、温度変動の傾向を模擬できる。 ・温度変動が特に大きな値となる位置での熱伝達率は、空間的に分布を持つとともに、壁面近傍 の局所流速が大きくなることに起因し、平滑な直管を対象とした Dittus-Boelter の相関式による予 測値に比べ、2～6 倍大きな値となる。 ・運動量比が大きくなるにつれて低温の枝管噴流が壁面近傍を流れることで熱伝達率は大きくな る。また、壁面近傍における流速と壁面における熱伝達率は相関があり、流速の増加によって熱 伝達率は大きくなる。 謝辞 本研究を実施するにあたり、試験装置の運転、データ取得と整理において液体金属試験技術課 の関係者、株式会社アセンドの試験運転員の方々および株式会社 NESI の中根茂氏に多大なご協 力を頂きました。ここに、厚く御礼申し上げます。 - 17 - JAEA-Research 2014-009 参考文献 [1] 村松壽晴ほか, サーマルストライピングに関する研究の現状と今後の研究計画, JNC TN9400 2000-010, 2000. 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[24] 五十嵐実ほか, 配管合流部の混合現象に関する研究－流体内温度測定試験結果－, JNC TN9400 2002-026, 2002. - 19 - - 20 - 48.70 70.28 105.41 116.79 48.30 70.28 92.88 116.10 139.32 162.54 38.17 47.71 63.62 79.52 111.33 127.23 Case1-2 Case1-3 Case1-4 Case1-5 Case2-1 Case2-2 Case2-3 Case2-4 Case2-5 Case2-6 Case3-1 Case3-2 Case3-3 Case3-4 Case3-5 Case3-6 2.00 1.75 1.25 1.00 0.75 0.60 2.56 2.19 1.83 1.46 1.10 0.76 1.84 1.66 1.10 0.77 48 48 48 48 48 48 48 48 48 48 48 48 48 48 48 48 48 （℃） 温度 5.31E+05 4.65E+05 3.32E+05 2.66E+05 1.99E+05 1.59E+05 6.79E+05 5.82E+05 4.85E+05 3.88E+05 2.93E+05 2.02E+05 4.88E+05 4.40E+05 2.93E+05 2.03E+05 1.36E+05 Re 7.07 7.07 7.07 7.07 7.07 7.07 12.37 10.60 8.84 7.07 5.35 3.68 7.07 6.38 4.25 2.95 1.97 3 （m /h） 流量 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.75 1.50 1.25 1.00 0.76 0.52 1.00 0.90 0.60 0.42 0.28 （m/s） 流速 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 （℃） 温度 枝配管 *流速－温度同時計測は、主配管温度を 42℃、枝配管温度を 32℃として実施 32.47 0.51 （m/s） （m /h） 3 流速 主配管 流量 Case1-1 Name Case Re 6.61E+04 6.61E+04 6.61E+04 6.61E+04 6.61E+04 6.61E+04 1.16E+05 9.91E+04 8.26E+04 6.61E+04 5.00E+04 3.44E+04 6.61E+04 5.96E+04 3.98E+04 2.76E+04 1.84E+04 表 2.3 試験条件 15.19 11.63 5.93 3.80 2.14 1.37 8.09 8.09 8.09 8.09 8.09 8.09 12.80 12.80 12.80 12.80 12.80 Mm/Mb 運動量比 2.00 1.75 1.25 1.00 0.75 0.60 1.46 1.46 1.46 1.46 1.46 1.46 1.84 1.84 1.84 1.84 1.84 Vm/Vb 流速比 ○ ○ 計測 度分布 流体温 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 計測 熱伝達 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 時計測* 温度同 流速－ ○ ○ ○ 速計測 入口流 JAEA-Research 2014-009 上流側 整流バッファ テスト部 下流側 整流バッファ クーリングタワー 枝配管側 整流バッファ M - 21 - 図2.1.1 試験ループ構成図 冷却系循環ポンプ フィルター 枝配管側 電磁流量計 熱交換器 主配管側 電磁流量計 ヘッダー M 枝配管側 ポンプ M 攪拌機 主配管側 ポンプ ヒータ 貯水槽 JAEA-Research 2014-009 JAEA-Research 2014-009 屈折率低減用 ウォータージャケット 高温流体（主管） 低温流体（枝管） 熱応答供試板 （SUS316） Inlet Buffer for Main-Pipe 2200mm Perforated Plates Main Pipe （Dm=150mm） Water Jacket 860mm Perforated Plates Inlet Buffer for Branch-Pipe 図2.1.2 試験装置概略図 - 22 - 870mm Outlet Buffer Thermocouple Tree Test plate Branch Pipe （Db=50mm） JAEA-Research 2014-009 Flow direction Support 5mm pitch 1mm pitch 図2.2.1 可動式熱電対ツリーの概要 0.5Dm 0.75Dm 1.0Dm 1.25Dm 1.5Dm 140° 145° 150° z 155° 160° θ 173 θ 0.125mm Stainless Steel tipe316 Thermal Contact Point Sheath diameter of T/C: 0.25mm 図2.2.2 熱応答供試板における熱電対の配置位置 - 23 - JAEA-Research 2014-009 CMOS Camera PC Nd-YLF Laser Test Section Timing Controller (2) Timing Controller (1) 図2.2.3 PIV計測システムの構成 - 24 - T/C用 データロガー JAEA-Research 2014-009 0.375Dm 0.25Dm 0.5Dm 0.75Dm 1.0Dm 1.25Dm 1.5Dm 0.125Dm 0.0Dm 2.5Dm 2.0Dm x z Main Pipe Center 0.5Dm Branch Pipe （a） 主配管軸方向の計測位置 0° 30° 60° 90° θ 120° 130° 140°135° 150° 160° 145° 170° 155° 180° 165° x Branch Pipe （b） 周方向の計測位置 図2.3.1 流体温度分布計測試験における熱電対ツリー設置位置 - 25 - y JAEA-Research 2014-009 0.5Dm 0.75Dm 1.0Dm 1.25Dm 1.5Dm 140° 145° 150° z 155° 160° θ （a） 主配管軸方向の計測位置 θ x 180° 140° 145° 150° 155° 160° Measured Region (-0.125mm) Branch Pipe （b） 周方向の計測位置 図2.3.2 熱伝達計測試験における熱電対ツリー設置位置 - 26 - y JAEA-Research 2014-009 CMOS Camera Notch filter Fluorescence Reflection from particle and Structure Reflection from particle and Structure Water Jacket 0° q Measurement of Inlet Velocity x Main Pipe y 270° 90° y/Dm=-0.433 Nd-YLF Laser 140° Image Area 160° 150° Test Plate 180° 0.0Dm -4.0Dm Branch Pipe 1.0Dm x Main Pipe Image Area 3.0Dm 140° z Inlet Velocity Profile 2.0Dm Branch Pipe 図2.3.3 PIV計測位置 - 27 - 150° 160° JAEA-Research 2014-009 z/Dm= -4.0 -3.0 0.0 1.0 VAvg* 1.2 0.0 Pipe Wall Pipe Wall （a） Case1-1（Vm = 0.51m/s） （b） Case1-3（Vm = 1.10m/s） （c） Case1-5（Vm = 1.84m/s） 図3.1.1 主配管入口の時間平均流速ベクトル分布（PIV） - 28 - Normalized Time-Averaged Axial Velocity ; w*Avg Normalized RMS of Axial Velocity ; w*RMS JAEA-Research 2014-009 1.4 □ Velocity 1.2 ▲ RMS of Velocity Seventh Power Law 1.0 0.8 Experimental Condition 0.6 （a）Case1-1 Vm =0.51m/s , Vb=0.28m/s 0.4 （b）Case1-3 0.2 0.0 -0.50 Vm =1.10m/s , Vb=0.60m/s -0.25 0.00 0.25 （c）Case1-5 0.50 Vm =1.84m/s , Vb=1.00m/s Transverse Position ; y/Dm 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.50 -0.25 0.00 0.25 Transverse Position ; y/Dm 0.50 Normalized Time-Averaged Axial Velocity ; w*Avg Normalized RMS of Axial Velocity ; w*RMS Normalized Time-Averaged Axial Velocity ; w*Avg Normalized RMS of Axial Velocity ; w*RMS （a） Case1-1（Rem=1.1×105） （b） Case1-3（Rem=2.4×105） 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.50 -0.25 0.00 0.25 Transverse Position ; y/Dm （c） Case1-5（Rem=4.0×105） 図3.1.2 主配管入口の時間平均流速分布と流速変動強度分布の比較 - 29 - 0.50 JAEA-Research 2014-009 z/Dm=0 1.0 2.0 2.5 -0.5Dm 0Dm x -0.5Dm Branch T*Avg 1.0 z 0.0 x 140° 150° 160° 0Dm 0.5Dm y 1.0Dm 1.5Dm 2.0Dm 2.5Dm （a）Case1-1（Vm=0.51m/s, Vb=0.28m/s） -0.5Dm 0Dm x T*Avg z -0.5Dm Branch 1.0 0.0 x 140° 150° 160° 0Dm 0.5Dm y 1.0Dm 1.5Dm 2.0Dm （b）Case2-3（Vm=1.46m/s, Vb=1.00m/s） 図3.2.1 時間平均温度コンター - 30 - 2.5Dm JAEA-Research 2014-009 z/Dm=0 1.0 2.0 2.5 -0.5Dm 0Dm x -0.5Dm Branch T*RMS 0.3 z 0.0 x 140° 150° 160° 0Dm 0.5Dm y 1.0Dm 1.5Dm 2.0Dm 2.5Dm （a）Case1-1（Vm=0.51m/s, Vb=0.28m/s） -0.5Dm 0Dm x T*RMS z -0.5Dm Branch 0.3 0.0 x 140° 150° 160° 0Dm 0.5Dm y 1.0Dm 1.5Dm 2.0Dm （b）Case2-3（Vm=1.46m/s, Vb=1.00m/s） 図3.2.2 温度変動強度コンター - 31 - 2.5Dm JAEA-Research 2014-009 0.50 0.50 ▲ Case1-1 □ Case2-3 0.25 Position ; x/Dm Position ; x/Dm 0.25 0.00 -0.25 -0.50 0.50 （a）z/Dm=0.0 Position ; x/Dm Position ; x/Dm 0.00 -0.25 -0.50 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Normalized Temperature ; T*Avg （c）z/Dm=1.0 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Normalized Temperature ; T*Avg （d）z/Dm=1.5 0.50 0.25 Position ; x/Dm 0.25 Position ; x/Dm （b）z/Dm=0.5 0.25 -0.25 0.00 -0.25 -0.50 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Normalized Temperature ; T*Avg 0.50 0.00 0.50 -0.25 -0.50 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Normalized Temperature ; T*Avg 0.25 -0.50 0.00 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Normalized Temperature ; T*Avg 0.00 -0.25 -0.50 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Normalized Temperature ; T*Avg （e）z/Dm=2.0 （f）z/Dm=2.5 図3.2.3 時間平均温度グラフ - 32 - JAEA-Research 2014-009 0.50 0.50 ▲ Case1-1 □ Case2-3 0.25 Position ; x/Dm Position ; x/Dm 0.25 0.00 -0.25 -0.50 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 Normalized Temperature RMS ; T*RMS （a）z/Dm=0.0 0.50 0.00 -0.25 -0.50 0.00 -0.25 -0.50 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 Normalized Temperature RMS ; T*RMS -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 Normalized Temperature RMS ; T*RMS （c）z/Dm=1.0 0.50 （d）z/Dm=1.5 0.25 Position ; x/Dm 0.25 Position ; x/Dm （b）z/Dm=0.5 0.25 Position ; x/Dm Position ; x/Dm 0.25 0.50 -0.25 -0.50 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 Normalized Temperature RMS ; T*RMS 0.50 0.00 0.00 -0.25 -0.50 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 Normalized Temperature RMS ; T*RMS 0.00 -0.25 -0.50 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 Normalized Temperature RMS ; T*RMS （e）z/Dm=2.0 （f）z/Dm=2.5 図3.2.4 温度変動強度グラフ - 33 - JAEA-Research 2014-009 z/Dm=0.0 z/Dm=0.5 x/Dm=-0.4 1.2 Normalized Temperature ; T* Normalized Temperature ; T* 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 x/Dm=-0.2 0 1 Time ; t（s） （ⅰ）z/Dm=0.0, x/Dm=-0.4 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 2 0 1 Time ; t（s） （ⅱ）z/Dm=0.5, x/Dm=-0.2 2 （a） Case1-1 z/Dm=0.0 z/Dm=0.5 x/Dm=-0.37 1.2 Normalized Temperature ; T* Normalized Temperature ; T* 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 x/Dm=-0.17 0 1 Time ; t（s） （ⅰ）z/Dm=0.0, x/Dm=-0.37 2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 0 1 Time ; t（s） （ⅱ）z/Dm=0.5, x/Dm=-0.17 （b） Case2-3 図3.2.5 温度変動強度が大きい位置の時系列温度変動 - 34 - 2 Power of Temperature Fluctuation（Hz-1） JAEA-Research 2014-009 1.0E+00 1.0E-01 Case1-1 1.0E-02 Case2-3 1.0E-03 1.0E-04 1.0E-05 1.0E-06 1.0E-07 0.1 1 10 Frequency（Hz） 100 （a） z/Dm=0.0 Power of Temperature Fluctuation（Hz-1） 1.0E+00 1.0E-01 1.0E-02 1.0E-03 1.0E-04 1.0E-05 1.0E-06 1.0E-07 0.1 1 10 Frequency（Hz） （b） z/Dm=0.5 図3.2.6 流体温度変動のPSD - 35 - 100 JAEA-Research 2014-009 Angle; θ (degree) Angle; θ (degree) Angle; θ (degree) Angle; θ (degree) Angle; θ (degree) TRMS* 0.23 TRMS* 0.13 0.02 140° 140° 150° 150° 160° 0.5Dm 1.0Dm Axial Position; z/Dm 1.5Dm 160° 0.5Dm Case1-1 140° 140° 150° 150° 160° 0.5Dm 1.0Dm Axial Position; z/Dm 1.5Dm 160° 0.5Dm Case1-2 140° 140° 150° 150° 160° 0.5Dm 1.0Dm Axial Position; z/Dm 1.5Dm 160° 0.5Dm Case1-3 140° 140° 150° 150° 160° 0.5Dm 1.0Dm Axial Position; z/Dm 1.5Dm 160° 0.5Dm Case1-4 140° 140° 150° 150° 160° 0.5Dm 1.0Dm Axial Position; z/Dm 1.5Dm 160° 0.5Dm Case1-5 （a）Fluid 1.0Dm 1.5Dm 1.0Dm 1.5Dm 1.0Dm 1.5Dm 1.0Dm 1.5Dm 1.0Dm 1.5Dm Axial Position; z/Dm Axial Position; z/Dm Axial Position; z/Dm Axial Position; z/Dm Axial Position; z/Dm （b）Structure 図3.3.1-1 流体と構造材の温度変動強度コンター（Case1） - 36 - 0.08 JAEA-Research 2014-009 Angle; θ (degree) Angle; θ (degree) Angle; θ (degree) Angle; θ (degree) Angle; θ (degree) Angle; θ (degree) TRMS* 0.23 TRMS* 0.13 0.02 140° 140° 150° 150° 160° 0.5Dm 1.0Dm Axial Position; z/Dm 1.5Dm 160° 0.5Dm Case2-1 140° 140° 150° 150° 160° 0.5Dm 1.0Dm Axial Position; z/Dm 1.5Dm 160° 0.5Dm Case2-2 140° 140° 150° 150° 160° 0.5Dm 1.0Dm Axial Position; z/Dm 1.5Dm 160° 0.5Dm Case2-3 140° 140° 150° 150° 160° 0.5Dm 1.0Dm Axial Position; z/Dm 1.5Dm 160° 0.5Dm Case2-4 140° 140° 150° 150° 160° 0.5Dm 1.0Dm Axial Position; z/Dm 1.5Dm 160° 0.5Dm Case2-5 140° 140° 150° 150° 160° 0.5Dm 1.0Dm Axial Position; z/Dm （a）Fluid 1.5Dm 160° 0.5Dm Case2-6 1.0Dm 1.5Dm 1.0Dm 1.5Dm 1.0Dm 1.5Dm 1.0Dm 1.5Dm 1.0Dm 1.5Dm 1.0Dm 1.5Dm Axial Position; z/Dm Axial Position; z/Dm Axial Position; z/Dm Axial Position; z/Dm Axial Position; z/Dm Axial Position; z/Dm （b）Structure 図3.3.1-2 流体と構造材の温度変動強度コンター（Case2） - 37 - 0.08 JAEA-Research 2014-009 Angle; θ (degree) Angle; θ (degree) Angle; θ (degree) Angle; θ (degree) Angle; θ (degree) Angle; θ (degree) TRMS* 0.23 TRMS* 0.13 0.02 140° 140° 150° 150° 160° 0.5Dm 1.0Dm Axial Position; z/Dm 1.5Dm 160° 0.5Dm Case3-1 140° 140° 150° 150° 160° 0.5Dm 1.0Dm Axial Position; z/Dm 1.5Dm 160° 0.5Dm Case3-2 140° 140° 150° 150° 160° 0.5Dm 1.0Dm Axial Position; z/Dm 1.5Dm 160° 0.5Dm Case3-3 140° 140° 150° 150° 160° 0.5Dm 1.0Dm Axial Position; z/Dm 1.5Dm 160° 0.5Dm Case3-4 140° 140° 150° 150° 160° 0.5Dm 1.0Dm Axial Position; z/Dm 1.5Dm 160° 0.5Dm Case3-5 140° 140° 150° 150° 160° 0.5Dm 1.0Dm Axial Position; z/Dm （a）Fluid 1.5Dm 160° 0.5Dm Case3-6 1.0Dm 1.5Dm 1.0Dm 1.5Dm 1.0Dm 1.5Dm 1.0Dm 1.5Dm 1.0Dm 1.5Dm 1.0Dm 1.5Dm Axial Position; z/Dm Axial Position; z/Dm Axial Position; z/Dm Axial Position; z/Dm Axial Position; z/Dm Axial Position; z/Dm （b）Structure 図3.3.1-3 流体と構造材の温度変動強度コンター（Case3） - 38 - 0.08 JAEA-Research 2014-009 0.5Dm 0.75Dm 1.0Dm 1.25Dm 1.5Dm 0.5Dm 0.75Dm 1.0Dm 140° 145° 150° 155° 160° 1.25Dm 1.5Dm 140° 145° 150° 155° 160° z θ （ⅰ） （ⅱ） ○ Case1-1 (Vm=0.51m/s, Vb=0.28m/s) ● Case1-4 (Vm=1.66m/s, Vb=0.90m/s) △ Case1-2 (Vm=0.77m/s, Vb=0.42m/s) ▲ Case1-5 (Vm=1.84m/s, Vb=1.00m/s) 0.25 Temperature Fluctuation Intensity （-） Temperature Fluctuation Intensity（-） □ Case1-3 (Vm=1.10m/s, Vb=0.60m/s) 0.2 0.15 0.1 0.25 0.2 0.15 0.1 135 140 145 150 155 160 165 135 140 145 150 155 160 165 Position ; q Position ; q （ⅰ） z/Dm=0.5 （ⅱ） z/Dm=0.75 0.1 Temperature Fluctuation Intensity （-） Temperature Fluctuation Intensity（-） （a）Fluid 0.05 0 0.1 0.05 135 140 145 150 155 160 165 0 135 140 145 150 155 160 165 Position ; q Position ; q （ⅰ） z/Dm=0.5 （ⅱ） z/Dm=0.75 （b）Structure 図3.3.2-1 流体と構造材の温度変動強度グラフ（Case1） - 39 - JAEA-Research 2014-009 0.5Dm 0.75Dm 1.0Dm 1.25Dm 1.5Dm 0.5Dm 0.75Dm 1.0Dm 140° 145° 150° 155° 160° 1.25Dm 1.5Dm 140° 145° 150° 155° 160° z θ （ⅲ） （ⅳ） ○ Case1-1 (Vm=0.51m/s, Vb=0.28m/s) ● Case1-4 (Vm=1.66m/s, Vb=0.90m/s) △ Case1-2 (Vm=0.77m/s, Vb=0.42m/s) ▲ Case1-5 (Vm=1.84m/s, Vb=1.00m/s) 0.25 Temperature Fluctuation Intensity （-） Temperature Fluctuation Intensity（-） □ Case1-3 (Vm=1.10m/s, Vb=0.60m/s) 0.2 0.15 0.1 0.25 0.2 0.15 0.1 135 140 145 150 155 160 165 135 140 145 150 155 160 165 Position ; q Position ; q （ⅲ） z/Dm=1.0 （ⅳ） z/Dm=1.25 0.1 Temperature Fluctuation Intensity （-） Temperature Fluctuation Intensity（-） （a）Fluid 0.05 0 0.1 0.05 135 140 145 150 155 160 165 0 135 140 145 150 155 160 165 Position ; q Position ; q （ⅲ） z/Dm=1.0 （ⅳ） z/Dm=1.25 （b）Structure 図3.3.2-2 流体と構造材の温度変動強度グラフ（Case1） - 40 - JAEA-Research 2014-009 0.5Dm 0.75Dm 1.0Dm 1.25Dm 1.5Dm 0.5Dm 0.75Dm 1.0Dm 140° 145° 150° 155° 160° 140° 145° 150° 155° 160° z θ （ⅰ） （ⅱ） ○ Case2-1 (Vm=0.76m/s, Vb=0.52m/s) ● Case2-4 (Vm=1.83m/s, Vb=1.25m/s) △ Case2-2 (Vm=1.10m/s, Vb=0.76m/s) ▲ Case2-5 (Vm=2.19m/s, Vb=1.50m/s) □ Case2-3 (Vm=1.46m/s, Vb=1.00m/s) ■ Case2-6 (Vm=2.56m/s, Vb=1.75m/s) 0.25 Temperature Fluctuation Intensity （-） Temperature Fluctuation Intensity（-） 1.25Dm 1.5Dm 0.2 0.15 0.1 0.25 0.2 0.15 0.1 135 140 145 150 155 160 165 135 140 145 150 155 160 165 Position ; q Position ; q （ⅰ） z/Dm=0.5 （ⅱ） z/Dm=0.75 0.1 Temperature Fluctuation Intensity （-） Temperature Fluctuation Intensity（-） （a）Fluid 0.05 0 0.1 0.05 135 140 145 150 155 160 165 0 135 140 145 150 155 160 165 Position ; q Position ; q （ⅰ） z/Dm=0.5 （ⅱ） z/Dm=0.75 （b）Structure 図3.3.2-3 流体と構造材の温度変動強度グラフ（Case2） - 41 - JAEA-Research 2014-009 0.5Dm 0.75Dm 1.0Dm 1.25Dm 1.5Dm 0.5Dm 0.75Dm 1.0Dm 140° 145° 150° 155° 160° 140° 145° 150° 155° 160° z θ （ⅲ） （ⅳ） ○ Case2-1 (Vm=0.76m/s, Vb=0.52m/s) ● Case2-4 (Vm=1.83m/s, Vb=1.25m/s) △ Case2-2 (Vm=1.10m/s, Vb=0.76m/s) ▲ Case2-5 (Vm=2.19m/s, Vb=1.50m/s) □ Case2-3 (Vm=1.46m/s, Vb=1.00m/s) ■ Case2-6 (Vm=2.56m/s, Vb=1.75m/s) 0.25 Temperature Fluctuation Intensity （-） Temperature Fluctuation Intensity（-） 1.25Dm 1.5Dm 0.2 0.15 0.1 0.25 0.2 0.15 0.1 135 140 145 150 155 160 165 135 140 145 150 155 160 165 Position ; q Position ; q （ⅲ） z/Dm=1.0 （ⅳ） z/Dm=1.25 0.1 Temperature Fluctuation Intensity （-） Temperature Fluctuation Intensity（-） （a）Fluid 0.05 0 0.1 0.05 135 140 145 150 155 160 165 0 135 140 145 150 155 160 165 Position ; q Position ; q （ⅲ） z/Dm=1.0 （ⅳ） z/Dm=1.25 （b）Structure 図3.3.2-4 流体と構造材の温度変動強度グラフ（Case2） - 42 - JAEA-Research 2014-009 0.5Dm 0.75Dm 1.0Dm 1.25Dm 1.5Dm 0.5Dm 0.75Dm 1.0Dm 140° 145° 150° 155° 160° 140° 145° 150° 155° 160° z θ （ⅰ） （ⅱ） ○ Case3-1 (Vm=0.60m/s, Vb=1.00m/s) ● Case3-4 (Vm=1.25m/s, Vb=1.00m/s) △ Case3-2 (Vm=0.75m/s, Vb=1.00m/s) ▲ Case3-5 (Vm=1.75m/s, Vb=1.00m/s) □ Case3-3 (Vm=1.00m/s, Vb=1.00m/s) ■ Case3-6 (Vm=2.00m/s, Vb=1.00m/s) 0.25 Temperature Fluctuation Intensity （-） Temperature Fluctuation Intensity（-） 1.25Dm 1.5Dm 0.2 0.15 0.1 0.25 0.2 0.15 0.1 135 140 145 150 155 160 165 135 140 145 150 155 160 165 Position ; q Position ; q （ⅰ） z/Dm=0.5 （ⅱ） z/Dm=0.75 0.1 Temperature Fluctuation Intensity （-） Temperature Fluctuation Intensity（-） （a）Fluid 0.05 0 0.1 0.05 135 140 145 150 155 160 165 0 135 140 145 150 155 160 165 Position ; q Position ; q （ⅰ） z/Dm=0.5 （ⅱ） z/Dm=0.75 （b）Structure 図3.3.2-5 流体と構造材の温度変動強度グラフ（Case3） - 43 - JAEA-Research 2014-009 0.5Dm 0.75Dm 1.0Dm 1.25Dm 1.5Dm 0.5Dm 0.75Dm 1.0Dm 140° 145° 150° 155° 160° 140° 145° 150° 155° 160° z θ （ⅲ） （ⅳ） ○ Case3-1 (Vm=0.60m/s, Vb=1.00m/s) ● Case3-4 (Vm=1.25m/s, Vb=1.00m/s) △ Case3-2 (Vm=0.75m/s, Vb=1.00m/s) ▲ Case3-5 (Vm=1.75m/s, Vb=1.00m/s) □ Case3-3 (Vm=1.00m/s, Vb=1.00m/s) ■ Case3-6 (Vm=2.00m/s, Vb=1.00m/s) 0.25 Temperature Fluctuation Intensity （-） Temperature Fluctuation Intensity（-） 1.25Dm 1.5Dm 0.2 0.15 0.1 0.25 0.2 0.15 0.1 135 140 145 150 155 160 165 135 140 145 150 155 160 165 Position ; q Position ; q （ⅲ） z/Dm=1.0 （ⅳ） z/Dm=1.25 0.1 Temperature Fluctuation Intensity （-） Temperature Fluctuation Intensity（-） （a）Fluid 0.05 0 0.1 0.05 135 140 145 150 155 160 165 0 135 140 145 150 155 160 165 Position ; q Position ; q （ⅲ） z/Dm=1.0 （ⅳ） z/Dm=1.25 （b）Structure 図3.3.2-6 流体と構造材の温度変動強度グラフ（Case3） - 44 - JAEA-Research 2014-009 0.5Dm Fluid Structure 0.75Dm 1.0Dm z θ 1.0 Normalized Temperature（-） Normalized Temperature（-） 1.5Dm 140° 145° 150° 155° 160° 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 1.25Dm 0 1 Time（s） 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 2 （a） z/Dm=0.5, q=150° 0 1 Time（s） （b） z/Dm=1.5, q=150° 図3.3.3 流体と構造材の時系列温度変動の比較 - 45 - 2 JAEA-Research 2014-009 0.5Dm 0.75Dm 1.0Dm 1.25Dm 1.5Dm 0.5Dm 0.75Dm 1.0Dm 140° 145° 150° 155° 160° 1.25Dm 1.5Dm 140° 145° 150° 155° 160° z θ （a） （b） ○ Case1-1 (Vm=0.51m/s, Vb=0.28m/s) ● Case1-4 (Vm=1.66m/s, Vb=0.90m/s) △ Case1-2 (Vm=0.77m/s, Vb=0.42m/s) ▲ Case1-5 (Vm=1.84m/s, Vb=1.00m/s) 6.0 6.0 5.0 5.0 k（-） k（-） □ Case1-3 (Vm=1.10m/s, Vb=0.60m/s) 4.0 3.0 3.0 2.0 4.0 135 140 145 150 155 160 165 2.0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 Position ; q Position ; z/Dm （a） z/Dm=0.5 （b） q=150° 図3.3.4-1 流体と構造材の温度変動強度の比の流速依存性（Case1） - 46 - JAEA-Research 2014-009 0.5Dm 0.75Dm 1.0Dm 1.25Dm 1.5Dm 0.5Dm 0.75Dm 1.0Dm 140° 145° 150° 155° 160° 140° 145° 150° 155° 160° z θ （a） （b） ○ Case2-1 (Vm=0.76m/s, Vb=0.52m/s) ● Case2-4 (Vm=1.83m/s, Vb=1.25m/s) △ Case2-2 (Vm=1.10m/s, Vb=0.76m/s) ▲ Case2-5 (Vm=2.19m/s, Vb=1.50m/s) □ Case2-3 (Vm=1.46m/s, Vb=1.00m/s) ■ Case2-6 (Vm=2.56m/s, Vb=1.75m/s) 6.0 6.0 5.0 5.0 k（-） k（-） 1.25Dm 1.5Dm 4.0 3.0 3.0 2.0 4.0 135 140 145 150 155 160 165 2.0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 Position ; q Position ; z/Dm （a） z/Dm=0.5 （b） q=150° 図3.3.4-2 流体と構造材の温度変動強度の比の流速依存性（Case2） - 47 - JAEA-Research 2014-009 0.5Dm 0.75Dm 1.0Dm 1.25Dm 1.5Dm 0.5Dm 0.75Dm 1.0Dm 140° 145° 150° 155° 160° 140° 145° 150° 155° 160° z θ （a） （b） ○ Case3-1 (Mm / Mb = 1.37) ● Case3-4 (Mm / Mb = 5.93) △ Case3-2 (Mm / Mb = 2.14) ▲ Case3-5 (Mm / Mb = 11.63) □ Case3-3 (Mm / Mb = 3.80) ■ Case3-6 (Mm / Mb = 15.19) 6.0 6.0 5.0 5.0 k（-） k（-） 1.25Dm 1.5Dm 4.0 3.0 2.0 4.0 3.0 135 140 145 150 155 160 165 2.0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 Position ; q Position ; z/Dm （a） z/Dm=0.5 （b） q=150° 図3.3.5 流体と構造材の温度変動強度の比の運動量比依存性 - 48 - JAEA-Research 2014-009 0.5Dm Case1-3 Power of Temperature Fluctuation（Hz-1） Case1-5 1.E-01 1.E-02 1.E-03 1.E-04 1.E-05 1.E-06 1.E-07 1.E-08 1.E-09 0.1 1.25Dm 140° 145° 150° 155° 160° 1 10 Frequency（Hz） 1.5Dm z θ Power of Temperature Fluctuation（Hz-1） Case1-1 0.75Dm 1.0Dm 1.E-01 1.E-02 1.E-03 1.E-04 1.E-05 1.E-06 1.E-07 1.E-08 1.E-09 0.1 （ⅰ） z/Dm=0.5, q=150° 1 10 Frequency（Hz） （ⅱ） z/Dm=1.5, q=150° 1.E-01 1.E-02 1.E-03 1.E-04 1.E-05 1.E-06 1.E-07 1.E-08 1.E-09 0.1 1 10 Frequency（Hz） Power of Temperature Fluctuation（Hz-1） Power of Temperature Fluctuation（Hz-1） （a）Fluid 1.E-01 1.E-02 1.E-03 1.E-04 1.E-05 1.E-06 1.E-07 1.E-08 1.E-09 （ⅰ） z/Dm=0.5, q=150° 0.1 1 10 Frequency（Hz） （ⅱ） z/Dm=1.5, q=150° （b）Structure 図3.3.6-1 流体と構造材の温度変動のPSD（Case1） - 49 - JAEA-Research 2014-009 0.5Dm Case2-3 Power of Temperature Fluctuation（Hz-1） Case2-6 1.E-01 1.E-02 1.E-03 1.E-04 1.E-05 1.E-06 1.E-07 1.E-08 1.E-09 0.1 1.25Dm 140° 145° 150° 155° 160° 1 10 Frequency（Hz） 1.5Dm z θ Power of Temperature Fluctuation（Hz-1） Case2-1 0.75Dm 1.0Dm 1.E-01 1.E-02 1.E-03 1.E-04 1.E-05 1.E-06 1.E-07 1.E-08 1.E-09 0.1 （ⅰ） z/Dm=0.5, q=150° 1 10 Frequency（Hz） （ⅱ） z/Dm=1.5, q=150° 1.E-01 1.E-02 1.E-03 1.E-04 1.E-05 1.E-06 1.E-07 1.E-08 1.E-09 0.1 1 10 Frequency（Hz） Power of Temperature Fluctuation（Hz-1） Power of Temperature Fluctuation（Hz-1） （a）Fluid 1.E-01 1.E-02 1.E-03 1.E-04 1.E-05 1.E-06 1.E-07 1.E-08 1.E-09 （ⅰ） z/Dm=0.5, q=150° 0.1 1 10 Frequency（Hz） （ⅱ） z/Dm=1.5, q=150° （b）Structure 図3.3.6-2 流体と構造材の温度変動のPSD（Case2） - 50 - JAEA-Research 2014-009 0.5Dm Case3-3 Power of Temperature Fluctuation（Hz-1） Case3-6 1.E-01 1.E-02 1.E-03 1.E-04 1.E-05 1.E-06 1.E-07 1.E-08 1.E-09 0.1 1.25Dm 140° 145° 150° 155° 160° 1 10 Frequency（Hz） 1.5Dm z θ Power of Temperature Fluctuation（Hz-1） Case3-1 0.75Dm 1.0Dm 1.E-01 1.E-02 1.E-03 1.E-04 1.E-05 1.E-06 1.E-07 1.E-08 1.E-09 0.1 （ⅰ） z/Dm=0.5, q=150° 1 10 Frequency（Hz） （ⅱ） z/Dm=1.5, q=150° 1.E-01 1.E-02 1.E-03 1.E-04 1.E-05 1.E-06 1.E-07 1.E-08 1.E-09 0.1 1 10 Frequency（Hz） Power of Temperature Fluctuation（Hz-1） Power of Temperature Fluctuation（Hz-1） （a）Fluid 1.E-01 1.E-02 1.E-03 1.E-04 1.E-05 1.E-06 1.E-07 1.E-08 1.E-09 （ⅰ） z/Dm=0.5, q=150° 0.1 1 10 Frequency（Hz） （ⅱ） z/Dm=1.5, q=150° （b）Structure 図3.3.6-3 流体と構造材の温度変動のPSD（Case3） - 51 - JAEA-Research 2014-009 0.5Dm 0.75Dm 1.0Dm ● 熱伝達率 140° 145° 150° 155° 160° （a） h = 18330.99 （W/m2k） （b） h = 12084.34 （W/m2k） ○ z θ 実験値(Power) △ 1.E+00 1.E-01 1.E-02 1.E-03 0.1 実験値(Phase) 理論値 ： 式3.14 Phase of Transfer Function（rad） Power of Transfer Function（-） 理論値 ： 式3.13 1.E-04 1.25Dm 1.5Dm 1 10 Frequency（Hz） 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 0.1 1 Frequency（Hz） (ⅰ) Power 10 (ⅱ) Phase 1.E+00 Phase of Transfer Function（rad） Power of Transfer Function（-） （a） z/Dm=0.5, q=150° 1.E-01 1.E-02 1.E-03 1.E-04 0.1 1 10 Frequency（Hz） 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 0.1 1 Frequency（Hz） (ⅰ) Power (ⅱ) Phase （b） z/Dm=1.5, q=150° 図3.3.7 流体から構造材への温度変動の伝達特性 - 52 - 10 JAEA-Research 2014-009 0.5Dm Experiment Prediction 0.75Dm 1.0Dm z θ 1.0 Normalized Temperature（-） Normalized Temperature（-） 1.5Dm 140° 145° 150° 155° 160° 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 1.25Dm 0 1 Time（s） 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 2 （a） z/Dm=0.5, q=150° 0 1 Time（s） （b） z/Dm=1.5, q=150° 図3.3.8 構造材温度変動の実験値と予測値の比較 - 53 - 2 JAEA-Research 2014-009 0.5Dm Experiment Prediction 0.75Dm 1.0Dm z θ 1.0 Normalized Temperature（-） Normalized Temperature（-） 1.5Dm 140° 145° 150° 155° 160° 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 1.25Dm 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 1 Time（s） 2 （a） z/Dm=0.5, q=150° 0 1 Time（s） （b） z/Dm=1.5, q=150° 図3.3.9 流体温度変動の実験値と予測値の比較 - 54 - 2 1.E+05 1.E+05 1.E+04 1.E+04 Nusselt Number Nusselt Number JAEA-Research 2014-009 1.E+03 1.E+02 1.E+04 Re0.8Pr0.4 1.E+03 1.E+02 1.E+04 1.E+05 1.E+05 1.E+05 1.E+04 1.E+04 1.E+03 1.E+02 1.E+04 Re0.8Pr0.4 （c） q=150° 1.E+05 （b） q=145° Nusselt Number Nusselt Number （a） q=140° Re0.8Pr0.4 1.E+05 1.E+03 1.E+02 1.E+04 Re0.8Pr0.4 （d） q=155° 1.E+05 1.E+05 Nusselt Number Dittus-Boelter相関式 1.E+04 ○ 0.5Dm ● 1.25Dm △ 0.75Dm ▲ 1.5Dm □ 1.0Dm 1.E+03 1.E+02 1.E+04 Re0.8Pr0.4 （e） q=160° 1.E+05 図3.3.10-1 熱伝達率とDittus-Boelter相関式の比較（Case1） - 55 - 1.E+05 1.E+05 1.E+04 1.E+04 Nusselt Number Nusselt Number JAEA-Research 2014-009 1.E+03 1.E+02 1.E+04 Re0.8Pr0.4 1.E+03 1.E+02 1.E+04 1.E+05 1.E+05 1.E+05 1.E+04 1.E+04 1.E+03 1.E+02 1.E+04 Re0.8Pr0.4 （c） q=150° 1.E+05 （b） q=145° Nusselt Number Nusselt Number （a） q=140° Re0.8Pr0.4 1.E+05 1.E+03 1.E+02 1.E+04 Re0.8Pr0.4 （d） q=155° 1.E+05 1.E+05 Nusselt Number Dittus-Boelter相関式 1.E+04 ○ 0.5Dm ● 1.25Dm △ 0.75Dm ▲ 1.5Dm □ 1.0Dm 1.E+03 1.E+02 1.E+04 Re0.8Pr0.4 （e） q=160° 1.E+05 図3.3.10-2 熱伝達率とDittus-Boelter相関式の比較（Case2） - 56 - 1.E+05 1.E+05 1.E+04 1.E+04 Nusselt Number Nusselt Number JAEA-Research 2014-009 1.E+03 1.E+02 1.E+04 Re0.8Pr0.4 1.E+03 1.E+02 1.E+04 1.E+05 1.E+05 1.E+05 1.E+04 1.E+04 1.E+03 1.E+02 1.E+04 Re0.8Pr0.4 （c） q=150° 1.E+05 （b） q=145° Nusselt Number Nusselt Number （a） q=140° Re0.8Pr0.4 1.E+05 1.E+03 1.E+02 1.E+04 Re0.8Pr0.4 （d） q=155° 1.E+05 1.E+05 Nusselt Number Dittus-Boelter相関式 1.E+04 ○ 0.5Dm ● 1.25Dm △ 0.75Dm ▲ 1.5Dm □ 1.0Dm 1.E+03 1.E+02 1.E+04 Re0.8Pr0.4 （e） q=160° 1.E+05 図3.3.10-3 熱伝達率とDittus-Boelter相関式の比較（Case3） - 57 - JAEA-Research 2014-009 7 Nusselt Number / Dittus-Boelter Nusselt Number / Dittus-Boelter 7 6 5 4 3 2 1 0 0.0 0.5 1.0 1.5 Position ; z/Dm （a） q=140° 2.0 6 5 4 3 2 1 0 5 4 3 2 1 0 0.0 0.5 1.0 1.5 Position ; z/Dm （b） q=145° 2.0 0.0 0.5 1.0 1.5 Position ; z/Dm （d） q=155° 2.0 7 Nusselt Number / Dittus-Boelter Nusselt Number / Dittus-Boelter 7 6 0.0 0.5 1.0 1.5 Position ; z/Dm （c） q=150° 2.0 6 5 4 3 2 1 0 Nusselt Number / Dittus-Boelter 7 6 ○ Case1-1 (Vm=0.51m/s, Vb=0.28m/s) 5 △ Case1-2 (Vm=0.77m/s, Vb=0.42m/s) 4 □ Case1-3 (Vm=1.10m/s, Vb=0.60m/s) 3 ● Case1-4 (Vm=1.66m/s, Vb=0.90m/s) ▲ Case1-5 (Vm=1.84m/s, Vb=1.00m/s) 2 1 0 0.0 0.5 1.0 1.5 Position ; z/Dm （e） q=160° 2.0 図3.3.11-1 熱伝達率とDittus-Boelter相関式の比（Case1） - 58 - JAEA-Research 2014-009 7 Nusselt Number / Dittus-Boelter Nusselt Number / Dittus-Boelter 7 6 5 4 3 2 1 0 0.0 0.5 1.0 1.5 Position ; z/Dm （a） q=140° 2.0 6 5 4 3 2 1 0 5 4 3 2 1 0 0.0 0.5 1.0 1.5 Position ; z/Dm （b） q=145° 2.0 0.0 0.5 1.0 1.5 Position ; z/Dm （d） q=155° 2.0 7 Nusselt Number / Dittus-Boelter Nusselt Number / Dittus-Boelter 7 6 0.0 0.5 1.0 1.5 Position ; z/Dm （c） q=150° 2.0 6 5 4 3 2 1 0 Nusselt Number / Dittus-Boelter 7 6 ○ Case2-1 (Vm=0.76m/s, Vb=0.52m/s) 5 △ Case2-2 (Vm=1.10m/s, Vb=0.76m/s) 4 □ Case2-3 (Vm=1.46m/s, Vb=1.00m/s) 3 ● Case2-4 (Vm=1.83m/s, Vb=1.25m/s) ▲ Case2-5 (Vm=2.19m/s, Vb=1.50m/s) 2 ■ Case2-6 (Vm=2.56m/s, Vb=1.75m/s) 1 0 0.0 0.5 1.0 1.5 Position ; z/Dm （e） q=160° 2.0 図3.3.11-2 熱伝達率とDittus-Boelter相関式の比（Case2） - 59 - JAEA-Research 2014-009 7 Nusselt Number / Dittus-Boelter Nusselt Number / Dittus-Boelter 7 6 5 4 3 2 1 0 0.0 0.5 1.0 1.5 Position ; z/Dm （a） q=140° 2.0 6 5 4 3 2 1 0 5 4 3 2 1 0 0.0 0.5 1.0 1.5 Position ; z/Dm （b） q=145° 2.0 0.0 0.5 1.0 1.5 Position ; z/Dm （d） q=155° 2.0 7 Nusselt Number / Dittus-Boelter Nusselt Number / Dittus-Boelter 7 6 0.0 0.5 1.0 1.5 Position ; z/Dm （c） q=150° 2.0 6 5 4 3 2 1 0 Nusselt Number / Dittus-Boelter 7 6 ○ Case3-1 (Mm / Mb = 1.37) 5 △ Case3-2 (Mm / Mb = 2.14) 4 □ Case3-3 (Mm / Mb = 3.80) 3 ● Case3-4 (Mm / Mb = 5.93) ▲ Case3-5 (Mm / Mb = 11.63) 2 ■ Case3-6 (Mm / Mb = 15.19) 1 0 0.0 0.5 1.0 1.5 Position ; z/Dm （e） q=160° 2.0 図3.3.11-3 熱伝達率とDittus-Boelter相関式の比（Case3） - 60 - 1.E+05 1.E+04 1.E+04 Nusselt Number 1.E+05 1.E+03 1.E+03 1.E+02 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 Position ; z （a） q=140° 1.E+02 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 Position ; z （b） q=145° 1.E+05 1.E+05 1.E+04 1.E+04 Nusselt Number Nusselt Number Nusselt Number JAEA-Research 2014-009 1.E+03 1.E+02 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 Position ; z （c） q=150° 1.E+03 1.E+02 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 Position ; z （d） q=155° 1.E+05 Nusselt Number ○ Case1-1 (Vm=0.51m/s, Vb=0.28m/s) △ Case1-2 (Vm=0.77m/s, Vb=0.42m/s) 1.E+04 □ Case1-3 (Vm=1.10m/s, Vb=0.60m/s) ● Case1-4 (Vm=1.66m/s, Vb=0.90m/s) ▲ Case1-5 (Vm=1.84m/s, Vb=1.00m/s) 1.E+03 1.E+02 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 Position ; z （e） q=160° 図3.3.12-1 熱伝達率の流速依存性（Case1 ） - 61 - 1.E+05 1.E+04 1.E+04 Nusselt Number 1.E+05 1.E+03 1.E+03 1.E+02 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 Position ; z （a） q=140° 1.E+02 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 Position ; z （b） q=145° 1.E+05 1.E+05 1.E+04 1.E+04 Nusselt Number Nusselt Number Nusselt Number JAEA-Research 2014-009 1.E+03 1.E+02 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 Position ; z （c） q=150° 1.E+03 1.E+02 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 Position ; z （d） q=155° 1.E+05 Nusselt Number ○ Case2-1 (Vm=0.76m/s, Vb=0.52m/s) △ Case2-2 (Vm=1.10m/s, Vb=0.76m/s) 1.E+04 □ Case2-3 (Vm=1.46m/s, Vb=1.00m/s) ● Case2-4 (Vm=1.83m/s, Vb=1.25m/s) ▲ Case2-5 (Vm=2.19m/s, Vb=1.50m/s) 1.E+03 ■ Case2-6 (Vm=2.56m/s, Vb=1.75m/s) 1.E+02 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 Position ; z （e） q=160° 図3.3.12-2 熱伝達率の流速依存性（Case2 ） - 62 - 1.E+05 1.E+04 1.E+04 Nusselt Number 1.E+05 1.E+03 1.E+03 1.E+02 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 Position ; z （a） q=140° 1.E+02 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 Position ; z （b） q=145° 1.E+05 1.E+05 1.E+04 Nusselt Number Nusselt Number Nusselt Number JAEA-Research 2014-009 1.E+03 1.E+02 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 Position ; z （c） q=150° 1.E+04 1.E+03 1.E+02 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 Position ; z （d） q=155° 1.E+05 Nusselt Number ○ Case3-1 (Mm / Mb = 1.37) △ Case3-2 (Mm / Mb = 2.14) 1.E+04 □ Case3-3 (Mm / Mb = 3.80) ● Case3-4 (Mm / Mb = 5.93) ▲ Case3-5 (Mm / Mb = 11.63) 1.E+03 ■ Case3-6 (Mm / Mb = 15.19) 1.E+02 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 Position ; z （e） q=160° 図3.3.13 熱伝達率の運動量比依存性 - 63 - JAEA-Research 2014-009 z/Dm= 0 0.5 1 q=150° x/Dm=-0.433 1.5 q V/Vd 1.4 Experimental Condition Vm=1.46m/s Vb =1.00m/s 0.0 Tm =42℃ , Tb =32℃ (1) t = 2.1s Center Line in Pipe Pipe Wall (2) t = 2.145s (3) t = 2.19s (4) t = 2.235s (5) t = 2.28s 0.75 1.0 1.25 Axial Position ; z/Dm 図3.4.1 瞬時流速ベクトル - 64 - JAEA-Research 2014-009 0.5Dm Case1-1 Case1-3 Case1-5 0.75Dm 1.0Dm z θ 1.E-02 Non-dimensional PSD（-） Non-dimensional PSD（-） 1.5Dm 140° 145° 150° 155° 160° 1.E-02 1.E-03 1.E-04 1.E-05 1.E-06 1.E-07 1.E-08 0.01 1.25Dm 0.1 Strohal Number（-） 1.E-03 1.E-04 1.E-05 1.E-06 1.E-07 1.E-08 0.01 1 （ⅰ） z/Dm=0.5, q=150° 0.1 Strohal Number（-） （ⅱ） z/Dm=1.5, q=150° 図3.4.2-1 流体温度変動のStrohal数と規格化PSDの関係（Case1） - 65 - 1 JAEA-Research 2014-009 0.5Dm Case2-1 Case2-3 Case2-5 0.75Dm 1.0Dm z θ 1.E-02 Non-dimensional PSD（-） Non-dimensional PSD（-） 1.5Dm 140° 145° 150° 155° 160° 1.E-02 1.E-03 1.E-04 1.E-05 1.E-06 1.E-07 1.E-08 0.01 1.25Dm 0.1 Strohal Number（-） 1.E-03 1.E-04 1.E-05 1.E-06 1.E-07 1.E-08 0.01 1 （ⅰ） z/Dm=0.5, q=150° 0.1 Strohal Number（-） （ⅱ） z/Dm=1.5, q=150° 図3.4.2-2 流体温度変動のStrohal数と規格化PSDの関係（Case2） - 66 - 1 JAEA-Research 2014-009 0.5Dm Case3-2 Case3-3 Case3-6 0.75Dm 1.0Dm z θ 1.E-02 Non-dimensional PSD（-） Non-dimensional PSD（-） 1.5Dm 140° 145° 150° 155° 160° 1.E-02 1.E-03 1.E-04 1.E-05 1.E-06 1.E-07 1.E-08 0.01 1.25Dm 0.1 Strohal Number（-） 1.E-03 1.E-04 1.E-05 1.E-06 1.E-07 1.E-08 0.01 1 （ⅰ） z/Dm=0.5, q=150° 0.1 Strohal Number（-） （ⅱ） z/Dm=1.5, q=150° 図3.4.2-3 流体温度変動のStrohal数と規格化PSDの関係（Case3） - 67 - 1 JAEA-Research 2014-009 1.5 Non-dimensional Temperature Normalized Velocity ; vΝd, wΝd Non-dimensional Temperature Normalized Velocity ; vΝd, wΝd 1.5 1.0 0.5 0.0 -0.5 2.0 2.2 2.4 2.6 Time（s） 2.8 1.0 0.5 0.0 -0.5 3.0 2.0 2.2 （a）z/Dm=0.5 3.0 2.8 3.0 1.5 Non-dimensional Temperature Normalized Velocity ; vΝd, wΝd Non-dimensional Temperature Normalized Velocity ; vΝd, wΝd 2.8 （b）z/Dm=0.75 1.5 1.0 0.5 0.0 -0.5 2.4 2.6 Time（s） 2.0 2.2 2.4 2.6 Time（s） 2.8 1.0 0.5 0.0 -0.5 3.0 2.0 （c）z/Dm=1.0 2.2 2.4 2.6 Time（s） （d）z/Dm=1.25 Non-dimensional Temperature Normalized Velocity ; vΝd, wΝd 1.5 Fluid Temperature（Prediction） Vertical Velocity（v/Vd） Axial Velocity（w/Vd） 1.0 0.5 z/Dm=0.5 0.0 -0.5 v 2.0 2.2 2.4 2.6 Time（s） 2.8 z/Dm=1.0 z/Dm=1.5 Time-Averaged Temperature 3.0 （e）z/Dm=1.5 x Measured Position 図3.4.3 流体および構造材の温度変動と流速変動の関係（Case2-3, q=150°） - 68 - y JAEA-Research 2014-009 z/Dm= 0 0.5 1 q=150° x/Dm=-0.433 1.5 q Experimental Condition Vm=1.46m/s Vb =1.00m/s Tm =42℃ , Tb =32℃ Center Line in Pipe 0.0 0.25 0.5 0.75 1.0 1.25 VAvg/Vd 1.4 0.0 （a）Time-Averaged Velocity Vectors Pipe Wall VRMS/Vd 0.35 0.0 （b）Velocity Fluctuation Intensity 図3.4.4_1 局所流速と熱伝達率の関係 - 69 - JAEA-Research 2014-009 z/Dm= 0 0.5 1 q=150° x/Dm=-0.433 1.5 ○ z/Dm = 0.5 q ▲ z/Dm = 1.0 Distance from Centerline in Pipe(m) □ z/Dm = 1.5 0.00 0.00 -0.02 -0.02 -0.04 -0.2 -0.04 0.2 0.6 1.0 0.1 0.2 0.3 Normalized Axial Velocity Normalized Axial Velocity Component ; VAvg/Vd Fluctuation Intensity ; VRMS/Vd 図3.4.4_2 時間平均流速と流速変動強度のグラフ ● Nusselt Number △ q = 150°断面の壁面近傍の流速 VAvg/Vd 1.E+04 1.2 0.8 1.E+03 Dittus-Boelter correlation(Nu=1158.1) 0.6 0.4 0.2 1.E+02 0.25 0.5 0.75 1 1.25 Axial Position ; z/Dm 図3.4.4_3 壁面における熱伝達率の分布 - 70 - 1.5 0.0 1.75 VAvg/Vd Nusselt Number 1.0 JAEA-Research 2014-009 付録 1 AQUA を用いた数値解析と実験結果の比較 1.はじめに T 字配管合流部を対象とした WATLON 試験と同一体系における数値解析を原子力機構で開発し ている解析コード「AQUA」[1]～[4]を用いて実施し、数値解析の結果と試験結果を比較した。解析 条件は、試験条件の Case2-3 と同じ流速条件および温度差で 1 ケース実施し、温度と流速の時間 平均場および時間変動場について比較した。 2.解析コードの概要 本研究の解析は、単相多次元熱流動解析コード AQUA（Advanced Simulation using Quadratic Upstream Differencing Algorithm）を用いて実施した。AQUA は、1983 年に米国アルゴンヌ国立研 究所が開発した単相多次元熱流動解析コード COMMIX-1A[5]を基本に、改良および統合化された 汎用多次元コードである。AQUA の数値解析モデルの詳細を付録表 1.1 に示す。 3.解析体系 解析メッシュ図と主配管上流に設置したブロックの詳細を付録図 1.1 に示す。解析領域は、主 配管と枝配管が合流する配管合流部周辺とし、合流部手前に主配管側で 675mm（4.5Dm） 、枝配管 側で 50mm（1.0Db）の助走区間を設け、x-y-z のデカルト座標系で模擬した。メッシュ数は x 方向 （水平方向）60、y 方向（鉛直方向）50、z 方向（主配管軸方向）196 とし、総メッシュ数は約 50 万メッシュである。メッシュ分割幅を付録表 1.2 に示す。メッシュ分割幅は最も詳細な合流部付 近で 3mm 角とした。また、試験において合流部手前の流速変動強度は、管内平均流速に対して 8 ～10%の変動が発生することがわかっている。そこで、この乱れの影響を模擬するために、主配 管上流（合流部から上流に 3.5Dm の位置）に乱流プロモータとしてブロックを設置した。ブロッ クの閉塞率は約 17.5%である。ブロックを設置することにより、合流部手前の流速変動強度は管 内平均流速に対し約 7%となった。 4.解析条件 数値解析条件を付録表 1.3.1 に示す。本解析では、デカルト座標系を用いて円筒を模擬している ため、壁面が階段状となり 方向の流れの抵抗が大きくなっている。そのため、ノンスリップ条件 とすると 方向の抵抗が大きくなり、壁面付近の流れが制限される可能性があることから、境界条 件はフリースリップ条件を設定した。入口境界は、空間的に一様、時間的に一定な温度および流 速境界条件とした。解析ケースは、試験条件の Case2-3 と同じ流速（主配管 Vm=1.46m/s、枝配管 Vb=1.0m/s）と温度差（DT=15℃）とした。 本解析における計算手順および計算時間を付録表 1.3.2 に示す。はじめに、1 次風上差分法にて 等温条件の流れ場のみの計算を 1.0 秒実施した。次に、エネルギ方程式を解き、熱輸送を考慮し た計算を 2.0 秒実施した。さらに、3 次風上差分法に切り替えた計算を 7.0 秒実施した後、初期時 間を 0 秒にして、同じく 3 次風上差分法によるデータ取得の計算を 20.0 秒実施した。データ取得 - 71 - JAEA-Research 2014-009 の時間間隔は 0.01 秒とした。 5.解析結果 5.1 時間平均場の模擬性 5.1.1 温度の時間平均場 付録図 1.2.1 に時間平均温度コンターの試験と解析の比較を示す。計測位置は、主配管、枝配管 の中心軸を通る水平方向断面図（z-x）と周方向断面図（y-x）とする。水平方向断面の結果を見る と、試験と解析ともに枝配管からの低温流体が主配管の高温流体と合流した後、低温流体は主配 管下面の配管壁に沿って流れていく様子がわかる。周方向断面の結果を見ると、合流直後の z/Dm=0.5 と z/Dm=1.0 主配管下面の壁面近傍では、解析の温度のほうが大きくなっている。次に、 付録図 1.2.2 に時間平均温度のグラフを示す。横軸は規格化した時間平均温度、縦軸は主配管径で 規格化した x 方向位置である。z/Dm=0.0 および z/Dm=1.5～2.5 は試験と解析ともに同等の温度分布 となっているが、z/Dm=0.5 と z/Dm=1.0 は壁面近傍の値にわずかな差異が生じている。付録図 1.2.3 に温度変動強度コンターの試験と解析の比較を示す。温度変動強度は試験と解析ともに、枝配管 から噴出した流体と主配管の流体が混合する領域（時間平均温度の温度勾配が大きい位置）で大 きくなっており、低温噴流の噴出位置など温度勾配が見られない位置では小さくなっている。ま た、試験と解析を比較すると高温と低温の流体が混合する位置における温度変動強度は解析のほ うが大きい結果となっている。付録図 1.2.4 に温度変動強度のグラフを示す。横軸は規格化した温 度変動強度、縦軸は主配管径で規格化した x 方向位置である。試験と解析の比較をすると、合流 直後の z/Dm=0.0 は同じ温度変動強度となっているが、z/Dm=0.5 より下流側では、温度変動が起き ている x/Dm=-0.5～0.0 の全ての計測位置で解析の温度変動強度のほうが大きい結果となっており、 特に壁面近傍や高低温流体の混合部でこの傾向は強く見られた。 5.1.2 流速の時間平均場 z 方向の時間平均流速の試験と解析の比較を示す。ここで、試験におけるベクトルとコンターは、 z/Dm=0.5～0.75 の間で 2 枚の画像を結合して表示している。 付録図 1.2.5 に z 方向の時間平均流速ベクトルの試験と解析の比較を示す。ベクトルの表示位置 は =150°における z/Dm=0.0～1.25 の領域とする。時間平均流速ベクトルは、合流部の z/Dm=0.0 付近では中心から壁面に向かう流れが見られ、z/Dm=0.25 より下流では壁面に沿って強い流れが見 られる。 一方、 z/Dm=0.25 の主配管中心付近では逆流する弱い流れが見ることができる。 付録図 1.2.6 に時間平均流速のグラフを示す。横軸は規格化した z 方向の時間平均流速、縦軸は主配管径で規 格化した y 方向位置である。時間平均流速は概ね一致しており、十分模擬できていることがわか る。付録図 1.2.7 に z 方向の流速変動強度コンターの試験と解析の比較を示す。z/Dm=0.0 の合流部 近傍では解析の流速変動強度を小さく評価しており、z/Dm=0.5 近傍の流速変動強度が最も大きく なる位置では大きく評価している。付録図 1.2.8 に流速変動強度のグラフを示す。横軸は規格化し た z 方向の流速変動強度、縦軸は主配管径で規格化した y 方向位置である。z/Dm=0.0 は試験の流 速変動強度のほうが大きく評価されている。z/Dm=0.5 は y/Dm=-0.15 付近の z 方向流速が順流と逆 流になっている境界付近で、解析の結果がかなり大きく評価されている。z/Dm=1.0 より下流側で - 72 - JAEA-Research 2014-009 は、結果が一致しており、解析で十分模擬できていることがわかった。 5.2 変動場の模擬性 5.2.1 温度の変動場 付録図 1.3.1 に時系列温度変動の試験と解析の比較を示す。温度変動の時系列データの取得位置 は、4 節で温度変動時系列データを示した位置と同じ、 =180°での温度変動強度の大きい位置で ある z/Dm=0.0、x/Dm=-0.37 および z/Dm=0.5、x/Dm=-0.17 とする。横軸は時間、縦軸は規格化温度と し、グラフに示す計測時間は 10 秒～12 秒の範囲とする。また、サンプリング周波数は試験デー タが 200Hz（5.0×10-3 秒）であるのに対し、解析データは 100Hz（1.0×10-2 秒）である。z/Dm=0.0 と z/Dm=0.5 の両方で、温度変動の周期が短いランダム変動となっており、わずかに解析の振幅の ほうが大きい結果が確認できる。次に、温度変動の PSD の試験と解析の比較を行った。付録図 1.3.2 に温度変動の PSD を示す。データ取得位置は付録図 1.3.1 と同じ位置とした。横軸は周波数、縦 軸は温度変動のパワーである。PSD は収録した温度の全収録データ（解析：2000 点、20 秒, 試験： 60000 点、300 秒）から、解析は 5.12 秒間（1024 点）、実験は 10.24 秒間（2048 点）のデータを 0.1 秒ステップでずらして取り出し、各データに FFT を施した後に平均化処理を行って求めた。 グラフを見ると、 低周波数から高周波数にかけて、 解析の PSD のほうが大きい結果となっている。 また、試験の PSD は低周波数で大きく高周波数に向かうにつれて減衰していくが、解析の PSD は 低周波数から 10Hz 程度までほぼ同等の大きさとなっており、10Hz 程度から減衰していくことが わかる。 5.2.2 流速の変動場 付録図 1.3.3 に時系列の z 方向流速変動の試験と解析の比較を示す。流速データは（4.23）式で 規格化し、流速変動の時系列データの取得位置は、 =150°断面における流速変動強度の大きい 位置である z/Dm=0.5、x/Dm=-0.433、y/Dm=-0.17 とする。横軸は時間、縦軸は規格化温度とし、グ ラフに示す計測時間は 2 秒～3 秒の範囲とする。また、サンプリング周波数は試験データが 200Hz （5.0×10-3 秒）であるのに対し、解析データは 100Hz（1.0×10-2 秒）である。試験の流速変動は、 変動周期が短く振幅も小さいのに対し、解析は変動周期が長く振幅が大きい様子が確認できる。 次に、流速変動の PSD の試験と解析の比較を行った。付録図 1.3.4 に流速変動の PSD を示す。デ ータ取得位置は付録図 1.3.3 と同じ位置とした。横軸は周波数、縦軸は流速変動のパワーである。 PSD は収録した流速の全収録データ（解析：2000 点、20 秒、試験：60000 点、300 秒）から、解 析は 5.12 秒間（1024 点） 、実験は 10.24 秒間（2048 点）のデータを 0.1 秒ステップでずらして取 り出し、各データに FFT を施した後に平均化処理を行って求めた。試験と解析の PSD を見ると、 低周波数から高周波数にかけて、解析の PSD のほうが大きいことがわかる。 - 73 - JAEA-Research 2014-009 6.おわりに 原子力機構が開発している解析コード「AQUA」による数値解析を実施し、解析結果と試験結 果を比較した。以下に本研究で得られた結果を示す。 ・時間平均場は、温度と流速ともによく一致する結果となった。 ・時間変動場は、解析結果で過大評価する結果となった。 参考文献 [1] 村松壽晴ほか, 単相多次元熱流動解析コード AQUA 入力マニュアル, PNC N9520 87-011, 1987. [2] 村松壽晴ほか, 単相多次元熱流動解析コード AQUA 数値計算説明書, PNC N9520 87-012, 1987. [3] 村松壽晴ほか, 単相多次元熱流動解析コード AQUA プログラム解説書, PNC N9520 87-013, 1987. [4] Isamu MAEKAWA, Numerical Diffusion in Single-Phase Multi-Dimensional Thermal-Hydraulic Analysis, Nuclear Engineering and Design 120, 1990, pp.323-339. [5] Domanus, H.M, et al, COMMIX-1A., A Three-Dimensional Transient Single-Phase Computer Program for Thermal Hydraulic Analysis of Single and Multi-Component Systems, ANL82-25, NUREG/CR-2896,1983. - 74 - JAEA-Research 2014-009 付録表 1.1 AQUA 数値解析モデル 解析コード AQUA ver8.2.0.7 デカルト座標系（x , y , z） 座標系 円筒座標系（r , , z） 完全陰解法（SIMPLEST-ANL） 数値計算アルゴリズム 半陰解法（修正 ICE） 1 次風上差分法 対流項の離散化手法 QUICK 法 QUICK-FRAM 法 PSOR 法 圧力方程式の解法 ICCG 法 直接解法 乱流モデル k- - 75 - JAEA-Research 2014-009 付録表 1.2 メッシュ分割幅 メッシュ No. dx [mm] メッシュ No. dy [mm] メッシュ No. dz [mm] 1 - 50 3.0 1 – 60 3.0 1-3 20.0 4-5 15.0 6-7 10.0 7-8 7.5 9 - 108 5.0 109 - 113 4.0 114 - 133 3.0 134 - 138 4.0 139 - 173 5.0 174 - 175 7.5 176 - 178 10.0 179 - 180 15.0 181 - 196 20.0 - 76 - JAEA-Research 2014-009 付録表 1.3.1 数値解析条件 座標系 デカルト座標系（x , y , z） 数値計算アルゴリズム 半陰解法（修正 ICE） 1 次風上差分法 対流項の離散化手法 QUICK 法 圧力方程式の解法 ICCG 法 乱流モデル 使用しない 付録表 1.3.2 計算方法および計算時間 熱輸送 差分法 計算時間 計算に要した実時間 [秒] [00 時 00 分 00 秒] ① 非考慮（等温） 1 次風上差分法 1.0 00 時 53 分 36 秒 ② 考慮 1 次風上差分法 2.0 02 時 07 分 30 秒 ③ 考慮 3 次風上差分法 7.0 13 時 03 分 00 秒 ④ 考慮 3 次風上差分法 20.0 48 時 46 分 32 秒 ※ 時間刻み幅 2.0×10-4 秒 - 77 - 20mm × 3 7.5mm × 2 - 78 - ・o 3mm × 50 675mm x （a） 解析体系 z – x 断面 Z = 0.0Dm 付録図1.1 解析メッシュ図とブロック詳細 600mm （c） ブロック詳細 ・o 0.36Dm 0.75Dm 0.5Dm 1.0Dm 0.23Dm ・o y x 20mm × 15 ブロック 15mm × 2 10mm × 3 7.5mm × 2 4mm × 5 5mm × 35 3mm × 20 4mm × 5 5mm × 10 Y = -35mm Y = -50mm y Y = -65mm 5mm × 100 （b） 解析体系 x – y 断面 ブロック設置位置 10mm × 2 3mm × 50 15mm × 2 y z JAEA-Research 2014-009 JAEA-Research 2014-009 z/Dm=0 1.0 2.0 2.5 -0.5Dm 0Dm x -0.5Dm Branch T*Avg 1.0 z 0.0 x 140° 150° 160° 0Dm 0.5Dm y 1.0Dm 1.5Dm 2.0Dm 2.5Dm （a） Experiment -0.5Dm 0Dm x T*Avg z -0.5Dm Branch 1.0 0.0 x 140° 150° 160° 0Dm 0.5Dm y 1.0Dm 1.5Dm 2.0Dm 2.5Dm （b）Calculation 付録図1.2.1 時間平均温度コンターの実験と解析の比較 - 79 - JAEA-Research 2014-009 0.50 ○ Experiment 0.25 Normalized Position ; x/Dm Normalized Position ; x/Dm 0.50 ▲ Calculation 0.00 -0.25 -0.50 Normalized Position ; x/Dm Normalized Position ; x/Dm 0.00 -0.25 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Normalized Temperature ; T*Avg （b） z/Dm=0.5 0.25 0.00 -0.25 -0.50 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Normalized Temperature ; T*Avg （c） z/Dm=1.0 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Normalized Temperature ; T*Avg （d） z/Dm=1.5 0.50 Normalized Position ; x/Dm 0.50 Normalized Position ; x/Dm -0.25 0.50 0.25 0.25 0.00 -0.25 -0.50 0.00 -0.50 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Normalized Temperature ; T*Avg （a） z/Dm=0.0 0.50 -0.50 0.25 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Normalized Temperature ; T*Avg （e） z/Dm=2.0 0.25 0.00 -0.25 -0.50 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Normalized Temperature ; T*Avg （f） z/Dm=2.5 付録図1.2.2 時間平均温度グラフの実験と解析の比較 - 80 - JAEA-Research 2014-009 z/Dm=0 1.0 2.0 2.5 -0.5Dm 0Dm x -0.5Dm Branch T*RMS 0.35 z 0.0 x 140° 150° 160° 0Dm 0.5Dm y 1.0Dm 1.5Dm 2.0Dm 2.5Dm （a） Experiment -0.5Dm 0Dm x T*RMS z -0.5Dm Branch 0.35 0.0 x 140° 150° 160° 0Dm 0.5Dm y 1.0Dm 1.5Dm 2.0Dm 2.5Dm （b）Calculation 付録図1.2.3 温度変動強度コンターの実験と解析の比較 - 81 - JAEA-Research 2014-009 0.50 ○ Experiment 0.25 Normalized Position ; x/Dm Normalized Position ; x/Dm 0.50 ▲ Calculation 0.00 -0.25 -0.25 -0.50 0.50 0.50 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 Normalized Temperature RMS ; T*RMS （b） z/Dm=0.5 Normalized Position ; x/Dm Normalized Position ; x/Dm 0.00 -0.50 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 Normalized Temperature RMS ; T*RMS （a） z/Dm=0.0 0.25 0.00 -0.25 0.25 0.00 -0.25 -0.50 -0.50 0.50 0.50 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 Normalized Temperature RMS ; T*RMS （d） z/Dm=1.5 Normalized Position ; x/Dm -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 Normalized Temperature RMS ; T*RMS （c） z/Dm=1.0 Normalized Position ; x/Dm 0.25 0.25 0.00 -0.25 -0.50 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 Normalized Temperature RMS ; T*RMS （e） z/Dm=2.0 0.25 0.00 -0.25 -0.50 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 Normalized Temperature RMS ; T*RMS （f） z/Dm=2.5 付録図1.2.4 温度変動強度グラフの実験と解析の比較 - 82 - JAEA-Research 2014-009 z/Dm= 0 0.5 1 q=150° x/Dm=-0.433 1.5 q VAvg/Vd 1.4 y z Axial Position ; z/Dm 0.0 0.25 0.5 0.75 0.0 Center Line in Pipe 1.0 （a） Experiment （b）Calculation 付録図1.2.5 時間平均流速ベクトルの実験と解析の比較 - 83 - 1.25 Pipe Wall JAEA-Research 2014-009 0.00 Normalized Position ; y/Dm Normalized Position ; y/Dm 0.00 -0.05 -0.10 -0.15 -0.20 -0.25 -0.15 -0.20 -0.6 -0.2 0.2 0.6 1 1.4 Normalized Velocity ; VAvg/Vd （b） z/Dm=0.5 0.00 Normalized Position ; y/Dm Normalized Position ; y/Dm -0.10 -0.25 -0.6 -0.2 0.2 0.6 1 1.4 Normalized Velocity ; VAvg/Vd （a） z/Dm=0.0 0.00 -0.05 -0.10 -0.15 -0.20 -0.25 -0.05 -0.6 -0.2 0.2 0.6 1 1.4 Normalized Velocity ; VAvg/Vd （c） z/Dm=1.0 -0.05 -0.10 -0.15 -0.20 -0.25 -0.6 -0.2 0.2 0.6 1 1.4 Normalized Velocity ; VAvg/Vd （d） z/Dm=1.5 Normalized Position ; y/Dm 0.00 ○ Experiment -0.05 ▲ Calculation -0.10 -0.15 -0.20 -0.25 -0.6 -0.2 0.2 0.6 1 1.4 Normalized Velocity ; VAvg/Vd （e） z/Dm=2.0 付録図1.2.6 時間平均流速グラフの実験と解析の比較 - 84 - JAEA-Research 2014-009 z/Dm= 0 0.5 1 q=150° x/Dm=-0.433 1.5 q VRMS/Vd 0.35 y z Axial Position ; z/Dm 0.0 0.25 0.5 0.75 0.0 Center Line in Pipe 1.0 （a） Experiment （b）Calculation 付録図1.2.7 流速変動強度コンターの実験と解析の比較 - 85 - 1.25 Pipe Wall JAEA-Research 2014-009 0.00 Normalized Position ; y/Dm Normalized Position ; y/Dm 0.00 -0.05 -0.10 -0.15 -0.20 -0.25 -0.15 -0.20 0 0.1 0.2 0.3 0.4 Normalized Velocity RMS ; VRMS/Vd （b） z/Dm=0.5 0.00 Normalized Position ; y/Dm Normalized Position ; y/Dm -0.10 -0.25 0 0.1 0.2 0.3 0.4 Normalized Velocity RMS ; VRMS/Vd （a） z/Dm=0.0 0.00 -0.05 -0.10 -0.15 -0.20 -0.25 -0.05 0 0.1 0.2 0.3 0.4 Normalized Velocity RMS ; VRMS/Vd （c） z/Dm=1.0 -0.05 -0.10 -0.15 -0.20 -0.25 0 0.1 0.2 0.3 0.4 Normalized Velocity RMS ; VRMS/Vd （d） z/Dm=1.5 Normalized Position ; y/Dm 0.00 ○ Experiment -0.05 ▲ Calculation -0.10 -0.15 -0.20 -0.25 0 0.1 0.2 0.3 0.4 Normalized Velocity RMS ; VRMS/Vd （e） z/Dm=2.0 付録図1.2.8 流速変動強度グラフの実験と解析の比較 - 86 - JAEA-Research 2014-009 z/Dm=0.0 x/Dm=-0.37 x x y/Dm=0.0 z 1.2 Normalized Temperature ; T* Normalized Temperature ; T* 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 y 10 11 Time ; t（s） （ⅰ） Experiment 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 12 10 11 Time ; t（s） （ⅱ） Calculation 12 （a） z/Dm=0.0, x/Dm=-0.37 z/Dm=0.5 x/Dm=-0.17 x x y/Dm=0.0 z 1.2 Normalized Temperature ; T* Normalized Temperature ; T* 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 y 10 11 Time ; t（s） （ⅰ） Experiment 12 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 10 11 Time ; t（s） （ⅱ） Calculation （b） z/Dm=0.5, x/Dm=-0.17 付録図1.3.1 時系列温度変動の実験と解析の比較 - 87 - 12 JAEA-Research 2014-009 z/Dm=0.0 x/Dm=-0.37 x x y/Dm=0.0 Power of Temperature Fluctuation（Hz-1） z y 1.0E+00 Experiment 1.0E-01 Calculation 1.0E-02 1.0E-03 1.0E-04 1.0E-05 1.0E-06 0.1 1 10 Frequency（Hz） （a） z/Dm=0.0, x/Dm=-0.37 z/Dm=0.5 x/Dm=-0.17 x x Power of Temperature Fluctuation（Hz-1） z y/Dm=0.0 y 1.0E+00 Experiment 1.0E-01 Calculation 1.0E-02 1.0E-03 1.0E-04 1.0E-05 1.0E-06 0.1 1 10 Frequency（Hz） （b） z/Dm=0.5, x/Dm=-0.17 付録図1.3.2 流体温度変動のPSDの実験と解析の比較 - 88 - JAEA-Research 2014-009 z/Dm=0.5 x/Dm=-0.433 x x y/Dm=-0.17 3.0 Normalized Axial Velocity ; w/Vd Normalized Axial Velocity ; w/Vd z 2.0 1.0 0.0 -1.0 2 2.5 Time ; t（s） （ⅰ） Experiment 3 3.0 2.0 1.0 0.0 -1.0 2 2.5 Time ; t（s） （ⅱ） Calculation （a） z/Dm=0.5, x/Dm=-0.433, y/Dm=-0.17 付録図1.3.3 時系列流速変動の実験と解析の比較 - 89 - y 3 JAEA-Research 2014-009 z/Dm=0.5 x/Dm=-0.433 x x Power of Axial Velocity Fluctuation（Hz-1） z y/Dm=-0.17 y 1.0E+00 Experiment 1.0E-01 Calculation 1.0E-02 1.0E-03 1.0E-04 1.0E-05 1.0E-06 0.1 1 10 Frequency（Hz） （a） z/Dm=0.5, x/Dm=-0.433, y/Dm=-0.17 付録図1.3.4 流速変動のPSDの実験と解析の比較 - 90 - JAEA-Research 2014-009 付録 2 熱電対の校正 1.概要 本試験で使用した熱電対の校正についての詳細を以下に示す。 2.データ収録システム 熱電対の起電力信号は、データロガー（NEC 三栄製 DL2300）により収録した。本データロガ ーは、1 台あたり最大で 16 チャンネル（CH）の熱電対アンプユニット（NEC 三栄製 AP11-107） を内蔵し、各 CH を同期させた温度収録が可能である。熱電対アンプユニットは、アンプ、リニ アライザ、ローパスフィルタおよび冷接点補償回路で構成されている。データロガーの A/D 変換 性能は、計測レンジ-200℃から 200℃に対して、符号付 15 ビット（0.012℃相当）である。本試験 では、データロガー4 台を同期させ、64CH 並列（流量計、圧力計、PIV との同期用トリガ信号お よび予備を一部含む）でデータ収録を行った。なお、電源ノイズ除去のため、ローパスフィルタ はカットオフ周波数 50Hz（試験時、校正時共通）に設定し、温度データを収録した。 3.熱電対校正 本試験では、一部の熱電対がループから取り外し困難なことを考慮し、標準校正済みの基準温 度計（水銀式）との絶対校正を行う熱電対と、絶対校正済みの熱電対との相対校正を行う熱電対 とに分けて校正した。付録表 2.1 に DL2300 接続チャンネル割付表を示す。主配管上流バッファ内 温度、枝配管バッファ内温度、主配管入口温度、出口配管温度の 4 点（それぞれ、ユニット 1 の CH5～7 および CH9）は絶対校正を行った。それ以外の熱電対ツリー17 点、熱応答供試板 31 点（計 48 点）は相対校正とした。 絶対校正では、前述の 4 点の熱電対と基準温度計を同時に恒温槽に浸漬し、17℃～52℃の範囲 で 7 点の温度データ（後述の付録表 2.3 参照）を取得し、各 CH の温度が基準温度計の温度と一致 するように最小 2 乗法により 1 次の校正係数を算出した。校正式を（1）に示す。 T* aT b （1） ここで、T は校正前温度、T*は校正後温度、a と b は校正係数である。付録表 2.2 に校正係数一 覧を示す。この表に示す校正係数を式（1）に代入して、校正後の温度を算出した。決定係数は、 1 に近いほど近似式との残差が小さいことを意味する係数である。付録表 2.3 に校正前温度一覧、 付録表 2.4 に校正後温度一覧、付録表 2.5 に基準温度計と校正後温度の差分を示す。いずれの熱電 対についても、校正後温度は、基準温度計に対して±0.03℃以内であることがわかる。このため、 相対校正には、温度が安定して計測できることも考慮して、主管上流バッファ内温度（CH5）を 基準熱電対として用いた。 相対校正では、17.5℃～49.3℃の範囲で 8 点の温度データ（後述の付録表 2.7 参照）を取得し、 各 CH の温度が基準熱電対の温度と一致するように最小 2 乗法により 1 次の校正係数を算出した。 - 91 - JAEA-Research 2014-009 付録表 2.6 に校正係数一覧を示す。この表に示す校正係数を式（1）に代入して、校正後の温度を 算出した。校正結果は、付録表 2.7 に校正前温度一覧、付録表 2.8 に校正後温度一覧、付録表 2.9 に基準温度からの差分値一覧を示す通りである。なお、本試験で使用した熱応答供試板 TE4-1 の 熱電対は不良熱電対であったため、データ収録には用いなかった。 - 92 - - 93 - 予備13 予備14 予備15 予備16 13 14 15 16 予備16 予備15 予備14 予備13 ウォータージャケット温度 ウォータージャケット温度 トリガー信号 出口配管温度 未接続 主配管入口温度 枝配管バッファ内温度 主配管上流バッファ内温度 枝配管入口圧力 主配管入口圧力 枝配管流量 主配管流量 † TE4-1 不良熱電対 * 絶対校正を行った熱電対 WJ TE-402 8 12 TE-401 * 7 WJ TE9-1 * 6 11 TE8-1 * 5 DL PE-402 4 10 PE-401 3 TE-403 * EMF104 2 9 EMF101 計測点 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 CH TE16 TE15 TE14 TE13 TE12 TE11 TE10 TE09 TE08 TE07 TE06 TE05 TE04 TE03 TE02 TE01 熱電対ツリー16 熱電対ツリー15 熱電対ツリー14 熱電対ツリー13 熱電対ツリー12 熱電対ツリー11 熱電対ツリー10 熱電対ツリー09 熱電対ツリー08 熱電対ツリー07 熱電対ツリー06 熱電対ツリー05 熱電対ツリー04 熱電対ツリー03 熱電対ツリー02 熱電対ツリー01 計測点 ＃2 DL2300_2(8090122) ＃1 DL2300_1(8090121) 1 CH ユニット2 ユニット１ 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 CH ユニット3 TE3-5 TE3-4 TE3-3 TE3-2 TE3-1 TE2-5 TE2-4 TE2-3 TE2-2 TE2-1 TE1-5 TE1-4 TE1-3 TE1-2 TE1-1 TE17 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱電対ツリー17 計測点 ＃3 DL2300_3(8090128) 付録表2.1 DL2300接続チャンネル割付表 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 CH TE3-5M TE3-3M TE3-1M TE1-5M TE1-3M TE1-1M TE5-5 TE5-4 TE5-3 TE5-2 TE5-1 TE4-5 TE4-4 TE4-3 TE4-2 TE4-1 † 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 熱応答供試板 計測点 ＃4 DL2300_4(8090127) ユニット4 JAEA-Research 2014-009 JAEA-Research 2014-009 付録表2.2 校正係数一覧（絶対校正） 主管上流バッファ内温度(CH5) a 0.9928 恒温槽温度設定値 b -0.1325 決定係数 0.9999988 枝管バッファ内温度(CH6) 0.9920 -0.2110 0.9999976 主配管入口温度(CH7) 0.9961 -0.2428 0.9999993 出口配管温度(CH9) 1.0002 0.1431 0.9999985 計測点 付録表2.3 校正前温度一覧（絶対校正） 恒温槽温度設定値 17（℃） 30（℃） 35（℃） 40（℃） 45（℃） 50（℃） 52（℃） 17.1900 29.9850 34.9590 39.9300 44.9245 49.9020 52.4110 計測点 基準温度計 主管上流バッファ内温度(CH5) 17.4648 30.3285 35.3298 40.3366 45.3819 50.4001 52.9399 枝管バッファ内温度(CH6) 17.5635 30.4329 35.4322 40.4389 45.4909 50.5307 53.0641 主配管入口温度(CH7) 17.5136 30.3371 35.3380 40.3178 45.3367 50.3469 52.8735 出口配管温度(CH9) 17.0571 29.8340 34.7943 39.7632 44.7560 49.7697 52.2634 付録表2.4 校正後温度一覧（絶対校正） 恒温槽温度設定値 17（℃） 30（℃） 35（℃） 40（℃） 45（℃） 50（℃） 52（℃） 主管上流バッファ内温度(CH5) 17.2070 29.9784 34.9439 39.9147 44.9238 49.9061 52.4276 計測点 枝管バッファ内温度(CH6) 17.2126 29.9794 34.9389 39.9057 44.9174 49.9171 52.4303 主配管入口温度(CH7) 17.2024 29.9758 34.9572 39.9175 44.9168 49.9075 52.4242 出口配管温度(CH9) 17.2041 29.9840 34.9455 39.9155 44.9095 49.9243 52.4186 付録表2.5 基準温度計からの差分一覧（絶対校正） 計測点 17（℃） 主管上流バッファ内温度(CH5) -0.0170 30（℃） 0.0066 恒温槽温度設定値 35（℃） 40（℃） 45（℃） 50（℃） 52（℃） 0.0151 0.0153 0.0007 -0.0041 -0.0166 枝管バッファ内温度(CH6) -0.0226 0.0056 0.0201 0.0243 0.0071 -0.0151 -0.0193 主配管入口温度(CH7) -0.0124 0.0092 0.0018 0.0125 0.0077 -0.0055 -0.0132 出口配管温度(CH9) -0.0141 0.0010 0.0135 0.0145 0.0150 -0.0223 -0.0076 - 94 - JAEA-Research 2014-009 付録表2.6 校正係数一覧（相対校正） TE01(CH17) 校正係数 計測点 a b 決定係数 0.998956 -0.056760 0.9999994 TE2-3(CH41) TE02(CH18) 0.999327 0.082046 0.9999959 TE2-4(CH42) 1.004575 -0.135227 0.9997274 TE03(CH19) 1.000962 -0.654673 0.9999986 TE2-5(CH43) 1.007705 -0.952104 0.9996671 TE04(CH20) 0.999986 0.286073 0.9999961 TE3-1(CH44) 0.999701 -0.519948 0.9998977 TE05(CH21) 1.000135 -0.497294 0.9999992 TE3-2(CH45) 0.997453 0.386486 0.9999234 TE06(CH22) 0.999270 -0.216868 0.9999996 TE3-3(CH46) 0.997683 0.010441 0.9998905 TE07(CH23) 0.999511 0.146827 0.9999965 TE3-4(CH47) 0.999202 -0.551660 0.9999251 TE08(CH24) 0.997970 0.968416 0.9999982 TE3-5(CH48) 1.001577 -0.356724 0.9998239 TE09(CH25) 0.998374 -0.048462 0.9999996 TE4-1(CH49) TE10(CH26) 0.999752 0.476342 0.9999984 TE4-2(CH50) 1.005191 -0.764346 0.9997871 TE11(CH27) 0.998720 0.191290 0.9999987 TE4-3(CH51) 1.005791 -0.214820 0.9997486 TE12(CH28) 0.998674 -0.157864 0.9999978 TE4-4(CH52) 1.004212 -0.211447 0.9997361 TE13(CH29) 0.999438 0.070504 0.9999977 TE4-5(CH53) 1.008802 -0.219225 0.9996624 TE14(CH30) 0.997793 0.775115 0.9999974 TE5-1(CH54) 1.002403 -0.051071 0.9998247 TE15(CH31) 0.999800 0.684642 0.9999988 TE5-2(CH55) 1.004183 0.056634 0.9998052 TE16(CH32) 0.998988 0.171875 0.9999985 TE5-3(CH56) 1.003350 -0.254436 0.999785 TE17(CH33) 0.999815 0.229729 0.9999975 TE5-4(CH57) 1.006340 0.063494 0.9997436 TE1-1(CH34) 0.999760 -0.182565 0.9998826 TE5-5(CH58) 1.007207 -0.057239 0.9996881 TE1-2(CH35) 0.997428 -0.702736 1.006364 -0.135457 0.9997006 TE1-3(CH36) 0.995655 0.012931 0.9999657 TE1-3M(CH60) 0.998383 0.625476 0.9999478 TE1-4(CH37) 0.998269 -0.487631 0.9999622 TE1-5M(CH61) 1.001258 -0.014163 0.9998634 TE1-5(CH38) 0.998520 -0.127180 0.9999219 TE3-1M(CH62) 1.007289 -0.153031 0.9997075 TE2-1(CH39) 1.002340 0.128680 0.9998538 TE3-3M(CH63) 0.998748 0.016824 0.999885 TE2-2(CH40) 1.003930 -0.438698 0.9997725 TE3-5M(CH64) 1.005753 -0.380484 0.9997314 計測点 0.999963 TE1-1M(CH59) - 95 - 校正係数 a b 決定係数 1.004705 -0.779386 0.9997448 1.0 0.0 0.0 17.0164 14.6686 17.0405 17.0696 17.0883 16.9309 17.6569 16.7498 17.5149 17.2482 16.8797 16.0862 17.0870 16.5549 16.8501 17.1960 16.9530 16.2848 16.3396 16.8696 16.8048 参考温度TE9-1(CH6) 参考温度TE-401(CH7) 参考温度TE-403(CH9) TE01(CH17) TE02(CH18) TE03(CH19) TE04(CH20) TE05(CH21) TE06(CH22) TE07(CH23) TE08(CH24) TE09(CH25) TE10(CH26) TE11(CH27) TE12(CH28) TE13(CH29) TE14(CH30) TE15(CH31) TE16(CH32) TE17(CH33) 17.5（℃） 基準温度TE8-1(CH5) 計測点 - 96 - 29.8669 29.9520 29.4283 29.4017 30.0366 30.2759 29.9417 29.6281 30.1948 29.1996 29.9773 30.3398 30.5907 29.8001 30.7296 30.0352 30.1818 30.1345 30.1189 20.3346 30.0958 30.0（℃） 35.3130 35.4062 34.8454 34.8244 35.4948 35.7485 35.3981 35.0596 35.6486 34.6140 35.4122 35.7720 36.0155 35.2546 36.1292 35.5039 35.6292 35.5852 35.5015 24.5720 35.5347 35.7（℃） 36.6683 36.7539 36.2207 36.1925 36.8640 37.1188 36.7542 36.4273 37.0161 35.9972 36.7751 37.1463 37.4059 36.6000 37.5224 36.8570 37.0058 36.9800 36.8584 36.6734 36.9030 39.6689 39.7604 39.2223 39.2112 39.8354 40.1217 39.7474 39.4335 40.0199 39.0256 39.7676 40.1450 40.3899 39.5993 40.5255 39.8309 40.0044 39.9254 39.8537 39.2455 39.9117 設定温度 37.3（℃） 40.0（℃） 付録表2.7 校正前温度一覧（相対校正） (1/3) 39.8638 39.9665 39.4205 39.4029 40.0646 40.3225 39.9603 39.6282 40.2165 39.2109 39.9351 40.3474 40.5898 39.8010 40.7267 40.0611 40.2032 40.1226 40.0675 35.5183 40.0994 40.5（℃） 44.8805 44.9794 44.4140 44.4104 45.0606 45.3268 44.9721 44.6222 45.2198 44.2073 44.9827 45.3463 45.5879 44.8257 45.7005 45.0501 45.2072 45.1465 45.0339 36.9898 45.0926 45.3（℃） 48.6988 48.7815 48.2383 48.2552 48.8404 49.0929 48.7688 48.4560 49.0124 48.0417 48.7874 49.1540 49.3921 48.6337 49.5079 48.8204 48.9900 48.9357 48.7933 46.1955 48.8949 49.3（℃） JAEA-Research 2014-009 17.1019 17.7027 17.0253 17.4821 17.1077 16.7413 17.2465 17.5607 16.9291 17.6808 17.4492 16.5876 16.9522 17.5054 17.2353 -204.8 17.5513 16.9889 17.0176 16.9271 16.9111 TE1-2(CH35) TE1-3(CH36) TE1-4(CH37) TE1-5(CH38) TE2-1(CH39) TE2-2(CH40) TE2-3(CH41) TE2-4(CH42) TE2-5(CH43) TE3-1(CH44) TE3-2(CH45) TE3-3(CH46) TE3-4(CH47) TE3-5(CH48) TE4-1(CH49) TE4-2(CH50) TE4-3(CH51) TE4-4(CH52) TE4-5(CH53) TE5-1(CH54) 17.5（℃） TE1-1(CH34) 計測点 - 97 - 30.1072 30.0898 30.2042 30.1721 30.7597 -204.8 30.4200 30.6951 30.1650 29.8149 30.6566 30.8493 30.1256 30.7959 30.4693 29.9221 30.2618 30.6576 30.2292 30.9135 30.3107 30.0（℃） 35.4594 35.3904 35.5564 35.5207 36.0766 -204.8 35.7947 36.0840 35.5989 35.2221 36.0332 36.1345 35.4734 36.1064 35.7963 35.2948 35.6663 36.0498 35.6584 36.3125 35.7187 35.7（℃） 37.0531 37.0400 37.1693 37.0997 37.6314 -204.8 37.3824 37.6038 37.1164 36.7140 37.5683 37.7976 37.0841 37.6898 37.3760 36.8543 37.2225 37.5366 37.1286 37.7746 37.2261 39.9224 39.8949 40.0556 39.9807 40.5612 -204.8 40.2874 40.5408 40.0561 39.6903 40.5029 40.6836 39.9540 40.6060 40.2806 39.7483 40.1583 40.5020 40.1041 40.7566 40.1620 設定温度 37.3（℃） 40.0（℃） 付録表2.7 校正前温度一覧（相対校正） (2/3) 40.1765 40.1393 40.3015 40.2421 40.7955 -204.8 40.5232 40.7662 40.2783 39.8940 40.7229 40.9056 40.2125 40.8321 40.5201 39.9938 40.3650 40.7188 40.3143 40.9548 40.3908 40.5（℃） 45.0126 44.8583 45.0669 45.0046 45.5877 -204.8 45.3315 45.6583 45.1617 44.7891 45.6019 45.6448 44.9812 45.6202 45.3254 44.8287 45.2569 45.6484 45.2717 45.9050 45.2743 45.3（℃） 48.6103 48.3862 48.6304 48.5582 49.1525 -204.8 48.9613 49.3462 48.8179 48.4865 49.2625 49.1665 48.5289 49.1689 48.8812 48.4528 48.9643 49.3702 48.9943 49.6222 48.8954 49.3（℃） JAEA-Research 2014-009 16.7627 17.0827 16.7120 16.8006 16.8900 16.3481 16.9159 16.8940 16.9260 17.1548 TE5-3(CH56) TE5-4(CH57) TE5-5(CH58) TE1-1M(CH59) TE1-3M(CH60) TE1-5M(CH61) TE3-1M(CH62) TE3-3M(CH63) TE3-5M(CH64) 17.5（℃） TE5-2(CH55) 計測点 30.3357 30.1301 30.0674 30.0759 29.5539 30.0783 29.9682 29.8643 30.2841 29.9464 30.0（℃） 35.6665 35.5483 35.3979 35.4674 34.9331 35.4117 35.2923 35.2045 35.6341 35.3046 35.7（℃） 37.2847 37.0746 37.0126 37.0483 36.4397 37.0400 36.9367 36.8318 37.2316 36.8797 40.1704 40.0047 39.8574 39.9355 39.3915 39.8745 39.7797 39.6852 40.1039 39.7577 設定温度 37.3（℃） 40.0（℃） 付録表2.7 校正前温度一覧（相対校正） (3/3) 40.3964 40.2328 40.1226 40.1740 39.5960 40.1403 40.0393 39.9350 40.3598 40.0143 40.5（℃） 45.1654 45.1105 44.8857 45.0088 44.5092 44.9037 44.7704 44.6964 45.1581 44.8009 45.3（℃） 48.7223 48.7549 48.4023 48.6670 48.2408 48.4306 48.3157 48.2653 48.7430 48.4082 49.3（℃） JAEA-Research 2014-009 - 98 - 17.0137 17.0016 17.0192 17.0356 17.0200 17.0188 17.0183 17.0220 17.0108 17.0272 17.0198 17.0153 17.0140 17.0239 17.0210 17.0244 17.0314 16.9153 16.9544 16.9642 16.9642 TE02(CH18) TE03(CH19) TE04(CH20) TE05(CH21) TE06(CH22) TE07(CH23) TE08(CH24) TE09(CH25) TE10(CH26) TE11(CH27) TE12(CH28) TE13(CH29) TE14(CH30) TE15(CH31) TE16(CH32) TE17(CH33) TE1-1(CH34) TE1-2(CH35) TE1-3(CH36) TE1-4(CH37) 17.5（℃） TE01(CH17) 計測点 - 99 - 30.1169 30.1108 30.1312 30.1209 30.0911 30.0936 30.1070 30.1120 30.0902 30.0779 30.0947 30.0971 30.0972 30.1087 30.1095 30.1008 30.0975 30.0858 30.1045 30.0970 30.0935 30.0（℃） 35.4997 35.5164 35.5164 35.5276 35.5362 35.5422 35.5231 35.5227 35.5454 35.5432 35.5441 35.5273 35.5422 35.5122 35.5417 35.5291 35.5230 35.5401 35.5093 35.5621 35.5352 35.7（℃） 36.9840 36.9802 36.9747 37.0346 36.8912 36.8886 36.8981 36.8878 36.9137 36.9117 36.8984 36.8946 36.9075 36.8925 36.9039 36.9023 36.9137 36.8855 36.9039 36.9142 36.9104 39.9443 39.9427 39.9491 39.9698 39.8912 39.8920 39.8991 39.8997 39.8835 39.9106 39.8878 39.9001 39.9064 39.9148 39.8950 39.8988 39.8981 39.8848 39.9099 39.8861 39.9059 設定温度 37.3（℃） 40.0（℃） 付録表2.8 校正後温度一覧（相対校正） (1/3) 40.1607 40.1521 40.1468 40.1985 40.0862 40.0979 40.0972 40.0911 40.1126 40.1112 40.1004 40.0947 40.1026 40.0997 40.0624 40.1011 40.0980 40.0865 40.1112 40.1161 40.1045 40.5（℃） 45.0818 45.0879 45.0842 45.0809 45.1019 45.1058 45.0898 45.0875 45.1058 45.1088 45.1058 45.0874 45.0978 45.0860 45.1075 45.0964 45.0968 45.1111 45.0898 45.1019 45.1033 45.3（℃） 48.7971 48.7943 48.7918 48.7011 48.9195 48.9041 48.9133 48.9239 48.8834 48.8699 48.8977 48.9203 48.8842 48.9126 48.9103 48.9013 48.9015 48.9191 48.9009 48.8696 48.8821 49.3（℃） JAEA-Research 2014-009 16.9552 16.9092 16.8756 16.8640 16.8713 16.8650 16.9240 16.9318 16.9234 16.9397 16.9058 -204.8 16.8781 16.8725 16.8779 16.8569 16.9006 16.8895 16.8855 16.8814 16.8644 TE2-1(CH39) TE2-2(CH40) TE2-3(CH41) TE2-4(CH42) TE2-5(CH43) TE3-1(CH44) TE3-2(CH45) TE3-3(CH46) TE3-4(CH47) TE3-5(CH48) TE4-1(CH49) TE4-2(CH50) TE4-3(CH51) TE4-4(CH52) TE4-5(CH53) TE5-1(CH54) TE5-2(CH55) TE5-3(CH56) TE5-4(CH57) TE5-5(CH58) 17.5（℃） TE1-5(CH38) 計測点 - 100 - 30.1269 30.1171 30.1312 30.1283 30.1285 30.1354 30.1199 30.1320 30.1551 -204.8 30.1112 30.1190 30.1056 30.1254 30.1275 30.1349 30.1282 30.1614 30.1503 30.1208 30.0898 30.0（℃） 35.4894 35.4912 35.4990 35.5089 35.4935 35.4827 35.4947 35.5116 35.4995 -204.8 35.4944 35.5035 35.5269 35.5188 35.5025 35.4609 35.5004 35.4968 35.4983 35.5061 35.4864 35.7（℃） 37.1456 37.1288 37.1019 37.0906 37.0911 37.1468 37.1144 37.0998 37.0623 -204.8 37.0846 37.0221 37.0408 37.0069 37.0371 37.1367 37.1185 37.0877 37.0842 37.0692 37.0402 40.0091 40.0003 39.9838 39.9807 39.9673 40.0268 40.0129 39.9974 40.0074 -204.8 39.9942 39.9568 39.9737 39.9757 39.9708 40.0450 40.0015 40.0177 40.0002 39.9700 39.9716 設定温度 37.3（℃） 40.0（℃） 付録表2.8 校正後温度一覧（相対校正） (2/3) 40.2706 40.2517 40.2405 40.2383 40.2220 40.2733 40.2598 40.2603 40.2429 -204.8 40.2304 40.1820 40.1954 40.1789 40.1907 40.2686 40.2613 40.2448 40.2406 40.2161 40.1781 40.5（℃） 45.0358 45.0432 45.0549 45.0449 45.0697 45.0339 45.0452 45.0504 45.0600 -204.8 45.0463 45.0702 45.0676 45.0615 45.0683 45.0444 45.0517 45.0554 45.0648 45.0623 45.0627 45.3（℃） 48.6067 48.6348 48.6519 48.6673 48.6761 48.5928 48.6238 48.6246 48.6433 -204.8 48.6818 48.7552 48.7152 48.7495 48.7278 48.5932 48.6157 48.6209 48.6347 48.6949 48.7646 49.3（℃） JAEA-Research 2014-009 16.8620 16.9471 16.9230 16.8641 16.9217 16.8730 TE1-3M(CH60) TE1-5M(CH61) TE3-1M(CH62) TE3-3M(CH63) TE3-5M(CH64) 17.5（℃） TE1-1M(CH59) 計測点 30.1297 30.1092 30.1336 30.0996 30.1316 30.1343 30.0（℃） 35.4912 35.5206 35.5029 35.4979 35.5021 35.5016 35.7（℃） 37.1186 37.0450 37.1294 37.0808 37.0062 37.1403 40.0210 39.9714 39.9948 39.9716 39.9533 39.9928 設定温度 37.3（℃） 40.0（℃） 付録表2.8 校正後温度一覧（相対校正） (3/3) 40.2483 40.1992 40.2620 40.2104 40.1574 40.2603 40.5（℃） 45.0447 45.0708 45.0598 45.0513 45.0627 45.0540 45.3（℃） 48.6221 48.7107 48.6020 48.7141 48.7882 48.6033 49.3（℃） JAEA-Research 2014-009 - 101 - 0.0026 0.0148 -0.0029 -0.0192 -0.0036 -0.0024 -0.0019 -0.0056 0.0056 -0.0108 -0.0034 0.0011 0.0024 -0.0076 -0.0046 -0.0080 -0.0150 0.1011 0.0620 0.0522 0.0522 TE02(CH18) TE03(CH19) TE04(CH20) TE05(CH21) TE06(CH22) TE07(CH23) TE08(CH24) TE09(CH25) TE10(CH26) TE11(CH27) TE12(CH28) TE13(CH29) TE14(CH30) TE15(CH31) TE16(CH32) TE17(CH33) TE1-1(CH34) TE1-2(CH35) TE1-3(CH36) TE1-4(CH37) 17.5（℃） TE01(CH17) 計測点 - 102 - -0.0211 -0.0150 -0.0354 -0.0251 0.0047 0.0022 -0.0113 -0.0162 0.0055 0.0179 0.0011 -0.0013 -0.0014 -0.0130 -0.0137 -0.0051 -0.0018 0.0100 -0.0087 -0.0012 0.0023 30.0（℃） 0.0350 0.0183 0.0183 0.0071 -0.0015 -0.0075 0.0116 0.0120 -0.0107 -0.0085 -0.0094 0.0074 -0.0075 0.0225 -0.0069 0.0056 0.0117 -0.0054 0.0254 -0.0273 -0.0005 35.7（℃） -0.0809 -0.0771 -0.0717 -0.1316 0.0118 0.0145 0.0050 0.0153 -0.0107 -0.0086 0.0046 0.0085 -0.0044 0.0105 -0.0009 0.0007 -0.0106 0.0175 -0.0008 -0.0112 -0.0073 -0.0326 -0.0310 -0.0374 -0.0580 0.0205 0.0197 0.0126 0.0120 0.0282 0.0011 0.0239 0.0117 0.0054 -0.0031 0.0167 0.0129 0.0136 0.0269 0.0018 0.0256 0.0058 設定温度 37.3（℃） 40.0（℃） 付録表2.9 基準温度からの差分値一覧（相対校正） (1/3) -0.0612 -0.0526 -0.0473 -0.0991 0.0133 0.0015 0.0022 0.0083 -0.0131 -0.0118 -0.0009 0.0047 -0.0032 -0.0003 0.0370 -0.0016 0.0015 0.0129 -0.0118 -0.0167 -0.0050 40.5（℃） 0.0108 0.0047 0.0084 0.0118 -0.0092 -0.0132 0.0029 0.0051 -0.0132 -0.0162 -0.0131 0.0052 -0.0051 0.0067 -0.0149 -0.0037 -0.0041 -0.0185 0.0028 -0.0092 -0.0106 45.3（℃） 0.0978 0.1006 0.1031 0.1938 -0.0246 -0.0092 -0.0184 -0.0290 0.0115 0.0250 -0.0028 -0.0254 0.0107 -0.0177 -0.0154 -0.0064 -0.0066 -0.0242 -0.0060 0.0253 0.0128 49.3（℃） JAEA-Research 2014-009 0.0612 0.1072 0.1408 0.1524 0.1451 0.1514 0.0924 0.0845 0.0930 0.0766 0.1106 221.8 0.1383 0.1439 0.1385 0.1595 0.1158 0.1269 0.1309 0.1350 0.1519 TE2-1(CH39) TE2-2(CH40) TE2-3(CH41) TE2-4(CH42) TE2-5(CH43) TE3-1(CH44) TE3-2(CH45) TE3-3(CH46) TE3-4(CH47) TE3-5(CH48) TE4-1(CH49) TE4-2(CH50) TE4-3(CH51) TE4-4(CH52) TE4-5(CH53) TE5-1(CH54) TE5-2(CH55) TE5-3(CH56) TE5-4(CH57) TE5-5(CH58) 17.5（℃） TE1-5(CH38) 計測点 - 103 - -0.0312 -0.0214 -0.0354 -0.0326 -0.0327 -0.0396 -0.0242 -0.0363 -0.0593 234.9 -0.0154 -0.0232 -0.0098 -0.0297 -0.0317 -0.0391 -0.0324 -0.0656 -0.0545 -0.0250 0.0060 30.0（℃） 0.0453 0.0435 0.0357 0.0258 0.0412 0.0520 0.0400 0.0231 0.0352 240.3 0.0403 0.0312 0.0078 0.0159 0.0323 0.0739 0.0343 0.0379 0.0365 0.0286 0.0484 35.7（℃） -0.2426 -0.2258 -0.1988 -0.1876 -0.1880 -0.2438 -0.2114 -0.1967 -0.1593 241.7 -0.1815 -0.1191 -0.1378 -0.1039 -0.1341 -0.2337 -0.2155 -0.1847 -0.1811 -0.1662 -0.1372 -0.0974 -0.0886 -0.0721 -0.0690 -0.0555 -0.1151 -0.1011 -0.0857 -0.0957 244.7 -0.0825 -0.0451 -0.0620 -0.0640 -0.0591 -0.1333 -0.0898 -0.1059 -0.0885 -0.0583 -0.0599 設定温度 37.3（℃） 40.0（℃） 付録表2.9 基準温度からの差分値一覧（相対校正） (2/3) -0.1712 -0.1523 -0.1411 -0.1389 -0.1225 -0.1739 -0.1604 -0.1609 -0.1434 244.9 -0.1309 -0.0826 -0.0960 -0.0794 -0.0913 -0.1692 -0.1618 -0.1453 -0.1412 -0.1166 -0.0786 40.5（℃） 0.0569 0.0494 0.0378 0.0477 0.0230 0.0588 0.0474 0.0422 0.0326 249.9 0.0463 0.0224 0.0251 0.0312 0.0244 0.0482 0.0409 0.0372 0.0278 0.0304 0.0299 45.3（℃） 0.2882 0.2601 0.2430 0.2276 0.2188 0.3021 0.2711 0.2703 0.2516 253.7 0.2131 0.1397 0.1797 0.1454 0.1671 0.3017 0.2792 0.2740 0.2602 0.2000 0.1303 49.3（℃） JAEA-Research 2014-009 0.1544 0.0693 0.0933 0.1523 0.0947 0.1433 TE1-3M(CH60) TE1-5M(CH61) TE3-1M(CH62) TE3-3M(CH63) TE3-5M(CH64) 17.5（℃） TE1-1M(CH59) 計測点 -0.0340 -0.0134 -0.0378 -0.0038 -0.0358 -0.0385 30.0（℃） 0.0436 0.0142 0.0318 0.0368 0.0326 0.0331 35.7（℃） -0.2156 -0.1420 -0.2263 -0.1778 -0.1032 -0.2372 -0.1093 -0.0597 -0.0831 -0.0599 -0.0416 -0.0811 設定温度 37.3（℃） 40.0（℃） 付録表2.9 基準温度からの差分値一覧（相対校正） (3/3) -0.1488 -0.0998 -0.1625 -0.1109 -0.0580 -0.1608 40.5（℃） 0.0480 0.0218 0.0328 0.0414 0.0299 0.0386 45.3（℃） 0.2728 0.1842 0.2929 0.1808 0.1067 0.2916 49.3（℃） JAEA-Research 2014-009 - 104 - 国際単位系（SI） 表１．SI 基本単位 SI 基本単位 基本量 名称 記号 長 さメ ートル m 質 量 キログラム kg 時 間 秒 s 電 流ア ンペア A 熱力学温度 ケ ル ビ ン K 物 質 量モ ル mol 光 度 カ ン デ ラ cd 面 体 速 加 波 密 面 表２．基本単位を用いて表されるSI組立単位の例 SI 基本単位 組立量 名称 記号 積 平方メートル m2 積 立法メートル m3 さ ， 速 度 メートル毎秒 m/s 速 度 メートル毎秒毎秒 m/s2 数 毎メートル m-1 度 ， 質 量 密 度 キログラム毎立方メートル kg/m3 積 密 度 キログラム毎平方メートル kg/m2 比 体 電 流 密 磁 界 の 強 (a) 量濃度 ，濃 質 量 濃 輝 屈 折 率 比 透 磁 率 積 立方メートル毎キログラム 度 アンペア毎平方メートル さ アンペア毎メートル 度 モル毎立方メートル 度 キログラム毎立法メートル 度 カンデラ毎平方メートル (b) （数字の） １ (b) （数字の） １ 乗数 24 10 1021 1018 1015 1012 109 106 103 3 m /kg A/m2 A/m mol/m3 kg/m3 cd/m2 1 1 102 101 ᮏ࣏࣮ࣞࢺࡣ⊂❧⾜ᨻἲே᪥ᮏཎᏊຊ◊✲㛤ⓎᶵᵓࡀᐃᮇⓎ⾜ࡍࡿᡂᯝሗ࿌᭩࡛ࡍࠋ ᮏ࣏࣮ࣞࢺࡢධᡭ୪ࡧⴭసᶒ⏝㛵ࡍࡿ࠾ၥ࠸ྜࢃࡏࡣࠊୗグ࠶࡚࠾ၥ࠸ྜࢃࡏୗࡉ࠸ࠋ ࡞࠾ࠊᮏ࣏࣮ࣞࢺࡢᩥࡣ᪥ᮏཎᏊຊ◊✲㛤Ⓨᶵᵓ࣮࣒࣮࣍࣌ࢪ㸦http://www.jaea.go.jp㸧 ࡼࡾⓎಙࡉࢀ࡚࠸ࡲࡍࠋ ⊂❧⾜ᨻἲே᪥ᮏཎᏊຊ◊✲㛤Ⓨᶵᵓ ࠛ319-1195 ◊✲ᢏ⾡ሗ㒊 ◊✲ᢏ⾡ሗㄢ Ⲉᇛ┴㑣⌃㒆ᮾᾏᮧⓑ᪉ⓑ᰿ 2 ␒ᆅ 4 㟁ヰ 029-282-6387, Fax 029-282-5920, E-mail:[email protected] This report is issued irregularly by Japan Atomic Energy Agency. Inquiries about availability and/or copyright of this report should be addressed to Intellectual Resources Section, Intellectual Resources Department, Japan Atomic Energy Agency. 2-4 Shirakata Shirane, Tokai-mura, Naka-gun, Ibaraki-ken 319-1195 Japan Tel +81-29-282-6387, Fax +81-29-282-5920, E-mail:[email protected] © Japan Atomic Energy Agency, 2014 ゼ タ エ ク サ Ｚ Ｅ 10-2 ペ テ タ ラ Ｐ Ｔ ギ メ ガ ガ Ｇ Ｍ マイクロ ノ 10-9 ナ コ 10-12 ピ 10-15 フェムト キ ロ ヘ ク ト デ カ ｋ ｈ da d ° ’ 日 度 分 10-3 10-6 記号 セ ン チ ミ リ ト 10-18 ア 10-21 ゼ プ ト 10-24 ヨ ク ト d c m µ n p f a z y 1 d=24 h=86 400 s 1°=(π/180) rad 1’=(1/60)°=(π/10800) rad ” 1”=(1/60)’=(π/648000) rad ha 1ha=1hm2=104m2 L，l 1L=11=1dm3=103cm3=10-3m3 t 1t=103 kg 秒 ヘクタール リットル SI基本単位による 表し方 m/m 2/ 2 m m s-1 m kg s-2 m-1 kg s-2 m2 kg s-2 m2 kg s-3 sA m2 kg s-3 A-1 m-2 kg-1 s4 A2 m2 kg s-3 A-2 m-2 kg-1 s3 A2 m2 kg s-2 A-1 kg s-2 A-1 m2 kg s-2 A-2 K cd m-2 cd s-1 トン 表７．SIに属さないが、SIと併用される単位で、SI単位で 表される数値が実験的に得られるもの 名称 記号 SI 単位で表される数値 電 子 ボ ル ト ダ ル ト ン 統一原子質量単位 eV Da u 天 ua 文 単 位 1eV=1.602 176 53(14)×10-19J 1Da=1.660 538 86(28)×10-27kg 1u=1 Da 1ua=1.495 978 706 91(6)×1011m 表８．SIに属さないが、SIと併用されるその他の単位 名称 記号 SI 単位で表される数値 バ ー ル bar １bar=0.1MPa=100kPa=105Pa 水銀柱ミリメートル mmHg 1mmHg=133.322Pa m2 s-2 m2 s-2 s-1 mol (a)SI接頭語は固有の名称と記号を持つ組立単位と組み合わせても使用できる。しかし接頭語を付した単位はもはや コヒーレントではない。 (b)ラジアンとステラジアンは数字の１に対する単位の特別な名称で、量についての情報をつたえるために使われる。 実際には、使用する時には記号rad及びsrが用いられるが、習慣として組立単位としての記号である数字の１は明 示されない。 (c)測光学ではステラジアンという名称と記号srを単位の表し方の中に、そのまま維持している。 (d)ヘルツは周期現象についてのみ、ベクレルは放射性核種の統計的過程についてのみ使用される。 (e)セルシウス度はケルビンの特別な名称で、セルシウス温度を表すために使用される。セルシウス度とケルビンの 単位の大きさは同一である。したがって、温度差や温度間隔を表す数値はどちらの単位で表しても同じである。 (f)放射性核種の放射能（activity referred to a radionuclide）は、しばしば誤った用語で”radioactivity”と記される。 (g)単位シーベルト（PV,2002,70,205）についてはCIPM勧告2（CI-2002）を参照。 表４．単位の中に固有の名称と記号を含むSI組立単位の例 SI 組立単位 組立量 SI 基本単位による 名称 記号 表し方 -1 粘 度 パスカル秒 Pa s m kg s-1 力 の モ ー メ ン ト ニュートンメートル Nm m2 kg s-2 表 面 張 力 ニュートン毎メートル N/m kg s-2 角 速 度 ラジアン毎秒 rad/s m m-1 s-1=s-1 角 加 速 度 ラジアン毎秒毎秒 rad/s2 m m-1 s-2=s-2 熱 流 密 度 , 放 射 照 度 ワット毎平方メートル W/m2 kg s-3 熱 容 量 , エ ン ト ロ ピ ー ジュール毎ケルビン J/K m2 kg s-2 K-1 比 熱 容 量 ， 比 エ ン ト ロ ピ ー ジュール毎キログラム毎ケルビン J/(kg K) m2 s-2 K-1 比 エ ネ ル ギ ー ジュール毎キログラム J/kg m2 s-2 熱 伝 導 率 ワット毎メートル毎ケルビン W/(m K) m kg s-3 K-1 体 積 エ ネ ル ギ ー ジュール毎立方メートル J/m3 m-1 kg s-2 電 界 の 強 さ ボルト毎メートル V/m m kg s-3 A-1 電 荷 密 度 クーロン毎立方メートル C/m3 m-3 sA 表 面 電 荷 クーロン毎平方メートル C/m2 m-2 sA 電 束 密 度 ， 電 気 変 位 クーロン毎平方メートル C/m2 m-2 sA 誘 電 率 ファラド毎メートル F/m m-3 kg-1 s4 A2 透 磁 率 ヘンリー毎メートル H/m m kg s-2 A-2 モ ル エ ネ ル ギ ー ジュール毎モル J/mol m2 kg s-2 mol-1 モルエントロピー, モル熱容量 ジュール毎モル毎ケルビン J/(mol K) m2 kg s-2 K-1 mol-1 照 射 線 量 （ Ｘ 線 及 び γ 線 ） クーロン毎キログラム C/kg kg-1 sA 吸 収 線 量 率 グレイ毎秒 Gy/s m2 s-3 放 射 強 度 ワット毎ステラジアン W/sr m4 m-2 kg s-3=m2 kg s-3 放 射 輝 度 ワット毎平方メートル毎ステラジアン W/(m2 sr) m2 m-2 kg s-3=kg s-3 酵 素 活 性 濃 度 カタール毎立方メートル kat/m3 m-3 s-1 mol 表５．SI 接頭語 記号 乗数 接頭語 Ｙ シ 10-1 デ 表６．SIに属さないが、SIと併用される単位 名称 記号 SI 単位による値 分 min 1 min=60s 時 h 1h =60 min=3600 s （a）量濃度（amount concentration）は臨床化学の分野では物質濃度 （substance concentration）ともよばれる。 （b）これらは無次元量あるいは次元１をもつ量であるが、そのこと を表す単位記号である数字の１は通常は表記しない。 表３．固有の名称と記号で表されるSI組立単位 SI 組立単位 組立量 他のSI単位による 名称 記号 表し方 （ｂ） 平 面 角 ラジアン(ｂ) rad 1 （ｂ） (ｂ) (c) 立 体 角 ステラジアン sr 1 周 波 数 ヘルツ（ｄ） Hz 力 ニュートン N 圧 力 応 力 パスカル , Pa N/m2 エ ネ ル ギ ー , 仕 事 , 熱 量 ジュール J Nm 仕 事 率 ， 工 率 ， 放 射 束 ワット W J/s 電 荷 電 気 量 クーロン , C 電 位 差 （ 電 圧 ） , 起 電 力 ボルト V W/A 静 電 容 量 ファラド F C/V 電 気 抵 抗 オーム Ω V/A コ ン ダ ク タ ン ス ジーメンス S A/V 磁 束 ウエーバ Wb Vs 磁 束 密 度 テスラ T Wb/m2 イ ン ダ ク タ ン ス ヘンリー H Wb/A セ ル シ ウ ス 温 度 セルシウス度(ｅ) ℃ 光 束 ルーメン lm cd sr(c) 照 度 ルクス lx lm/m2 Bq 放 射 性 核 種 の 放 射 能 （ ｆ ） ベクレル（ｄ） 吸収線量, 比エネルギー分与, グレイ Gy J/kg カーマ 線量当量, 周辺線量当量, 方向 Sv J/kg シーベルト（ｇ） 性線量当量, 個人線量当量 酸 素 活 性 カタール kat 接頭語 ヨ タ オングストローム 海 里 バ ー ン Å Ｍ １Å=0.1nm=100pm=10-10m １M=1852m b ノ ネ ベ ト パ ル kn Np Ｂ １b=100fm2=(10-12cm)2=10-28m2 １kn=(1852/3600)m/s ル dB ッ ー デ ジ ベ SI単位との数値的な関係は、 対数量の定義に依存。 表９．固有の名称をもつCGS組立単位 名称 記号 SI 単位で表される数値 ル グ erg 1 erg=10-7 J エ ダ ポ イ ア ス ス ト ー ク チ ル フ ガ ォ ン dyn 1 dyn=10-5N ズ P 1 P=1 dyn s cm-2=0.1Pa s ス St 1 St =1cm2 s-1=10-4m2 s-1 ブ sb 1 sb =1cd cm-2=104cd m-2 ト ph 1 ph=1cd sr cm-2 104lx ル Gal 1 Gal =1cm s-2=10-2ms-2 マ ク ス ウ ｪ ル ガ ウ ス エルステッド（ ｃ） Mx G Oe 1 Mx = 1G cm2=10-8Wb 1 G =1Mx cm-2 =10-4T 1 Oe (103/4π)A m-1 （c）３元系のCGS単位系とSIでは直接比較できないため、等号「 」 は対応関係を示すものである。 キ レ ラ 名称 ュ リ ン レ ガ ト 表10．SIに属さないその他の単位の例 記号 SI 単位で表される数値 ー Ci 1 Ci=3.7×1010Bq ゲ ン ン R ド rad ム rem マ γ 準 大 気 1 rad=1cGy=10-2Gy 1 rem=1 cSv=10-2Sv 1γ=1 nT=10-9T 1フェルミ=1 fm=10-15m フ ェ ル ミ メートル系カラット ト 標 1 R = 2.58×10-4C/kg 1メートル系カラット = 200 mg = 2×10-4kg ル Torr 1 Torr = (101 325/760) Pa 圧 atm 1 atm = 101 325 Pa カ ロ リ ー cal ミ ク ロ ン µ 1cal=4.1858J（｢15℃｣カロリー），4.1868J （｢IT｣カロリー）4.184J（｢熱化学｣カロリー） 1 µ =1µm=10-6m （第8版，2006年改訂） JAEA-Research 2014-009 配管合流部体系に関する高サイクル熱疲労現象の研究 －流体から構造材への温度変動伝達挙動評価－ Study on High Cycle Thermal Fatigue in Mixing Tee －Evaluation of Transfer Characteristics of Temperature Fluctuation from Fluid to Structure－ 木村 暢之 小林 順 亀山 祐理 長澤 一嘉 江連 俊樹 小野 綾子 上出 英樹 Nobuyuki KIMURA, Jun KOBAYASHI, Yuri KAMEYAMA, Kazuyoshi NAGASAWA Toshiki EZURE, Ayako ONO and Hideki KAMIDE 次世代原子力システム研究開発部門 FBR要素技術開発ユニット FBR Systems Technology Development Unit Advanced Nuclear System Research and Development Directorate July 2014 Japan Atomic Energy Agency 日本原子力研究開発機構
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