大口径配管エルボ部における流動剥離現象に関する基礎研究; 平成19年度研究報告

Basic study on flow separation phenomenon at the elbow in a large-diameter pipe; Research report in FY2007

岩本 幸治*; 十河 基介*; 相澤 康介 ; 中西 繁之*; 山野 秀将   

Iwamoto, Yukiharu*; Sogo, Motosuke*; Aizawa, Kosuke; Nakanishi, Shigeyuki*; Yamano, Hidemasa

ナトリウム冷却大型高速炉の1次系大口径配管の設計検討に資するためにホットレグを模擬した1/10縮尺試験装置による実験を行い、また同一条件に対する数値解析を行った。圧力測定により、本装置ではレイノルズ数50000以上で圧力損失が従来からの実験式、つまり曲がり管内の境界層が乱流になっている場合の圧力損失に一致することが示された。可視化試験により、曲がり角45付近を始点、エルボ出口から管内径の0.3倍だけ下流を終点とする領域にはく離域が存在することがわかった。また、エルボ出口部でのはく離域の周方向幅が管内径の0.17倍になることも明らかにした。さらに管軸方向速度のFFT解析を実施し、エルボ下流において速度せん断層付近ではストロハル数にして約1.0(3.2Hz)、曲がりの内側に発生するはく離域及びその下流では約0.5(同1.6Hz)の振動が発生することを示した。非定常解析を実施して、可視化試験結果の流況をおおむね捉えていることを確認した。

Experimental studies of the 1/10-scale model of a hot leg piping and their numerical analyses were carried out in order to guarantee the designing of the sodium-cooled fast breeder reactor. The structure of the flow fluctuation was clarified by means of pressure measurements, laser doppler velocimetry (LDV) and flow visualization. LDV measurements were examined for Reynolds number of 50000. FFT analyses of axial velocities indicate that two kinds of flow fluctuations exist in the present elbow. One is the fluctuation with approximate Strouhal number of 1.0 (3.2 Hz) occurring in a shear flow region. The other is with approximate Strouhal number of 0.5 (1.6 Hz) occurring in the separated and its downstream regions. These fluctuations were also observed by flow visualization. The analyses showed that the stream regime was in good agreement with visualization test results.