エルボを上流側に有する配管合流部における乱流混合現象に関する数値解析研究; 温度変動特性におよぼす2次流れの影響

Numerical simulation of turbulence mixing at T-junction piping system with elbow pipe in upstream side; Effect of secondary flow on temperature fluctuation

田中 正暁  

Tanaka, Masaaki

上流側にエルボが存在するT字配管合流部での既存の実験を対象とした数値解析を行った。数値解析には、準直接シミュレーションコード(DINUS-3)を使用した。解析時のパラメータは、エルボへの流入方向と枝配管噴流の方向である。その結果、上流側のエルボで生じる2次流れは、合流部での流体混合に強く影響を及ぼすことがわかった。エルボ流れと枝配管流れとの方向によって、配管合流部での枝配管噴流の流動形態が異なり、配管表面での温度変動特性が大きく異なることがわかった。混合領域で形成されるアーチ状の大規模渦が流体混合に対して重要な役割を担っている。熱疲労評価において重要である壁面での温度変動評価では、それぞれの流動形態で発生する渦構造に着目する必要がある。さらに、温度変動を評価するうえでは、合流点から下流2.0Dm程度の範囲に注目すべきであることがわかった。

In this report, numerical simulation using quasi-direct simulation code (DINUS-3) was carried out to investigate the effect of secondary flow upon the temperature fluctuation characteristics in the mixing region. The parameter was the angle of the elbow pipe flow direction to the branch pipe flow direction. By the numerical simulation, it found that the secondary flow had strong influence to the fluid mixing. Secondary flow changed the flow pattern of branch pipe jet and changed thoroughly the temperature fluctuation characteristics on the pipe surface, according to the angle. Attention should be paid to the arch-shaped large-scale eddies formed around the branch pipe jet in the thermal fatigue evaluation, because they played an important role for the fluid mixing. Furthermore, the range of about 2.0Dm from mixing point to the downstream should be focused for the evaluation of the thermal fatigue.