高速炉冷却系配管における流れの剥離現象に関する基礎研究; 高レイノルズ数領域におけるマルチエルボ内複雑流動構造の解明(先行基礎工学研究に関する平成20年度及び平成21年度共同研究報告書)

Basic study on flow separation phenomenon in cooling system piping in fast reactors; Clarification of complex flow structure in a multi-elbow in a high Reynolds number regime (Joint research report in JFY2008 and JFY2009)

江原 真司*; 結城 和久*; 橋爪 秀利*; 相澤 康介 ; 山野 秀将   

Ebara, Shinji*; Yuki, Kazuhisa*; Hashizume, Hidetoshi*; Aizawa, Kosuke; Yamano, Hidemasa

東北大学では、コールドレグ配管で発生する非定常流動メカニズム及び圧力変動特性を可視化試験及び圧力測定試験により明らかにし、さらにスケール効果を調べるため、異なる縮尺モデルにおいて流動試験を実施した。平成20年度では、1/15縮尺流動試験装置において2段エルボ内の可視化試験を実施した。また、1/7縮尺流動試験装置に1段ショートエルボを設置して装置の健全性を確認し、Re=320,000に対する可視化試験に着手した。平成21年度では、1/7縮尺流動試験装置を用いて1段エルボ及び2段立体接続エルボに関する可視化試験を実施し、詳細な流れ場を観測した。これら試験データから、エルボ内流れの複数エルボ効果を検討した。加えて、1/15及び1/7縮尺試験装置を用いて1段エルボに関する圧力変動計測試験を実施し、Re数を変化させたときの圧力変動特性を計測した。これらの配管スケールの異なる試験データより、圧力変動特性へのスケール効果の影響を検討した。原子力機構では、実機設計の成立性評価に向けて解析評価手法の開発を進めている。商用熱流動解析コードSTAR-CDを用いて1/7縮尺2段エルボ流動試験解析を実施し、可視化試験結果と流速分布の傾向はおおむね一致していることを示した。本研究より、単エルボ配管体系を対象に検証してきたURANS解析手法が2段エルボ体系に適用可能なことを確認した。

In Tohoku University, different scale model experiments were carried out in order to clarify unsteady flow fields and pressure fluctuation characteristics in the cold leg piping by means of visualization experiment and pressure measurement, respectively, and to investigate the scale effect. In JFY2008, the visualization experiment by PIV measurement for the 1/15 scale piping was carried out using a double elbow geometry. Besides, shakedown tests of the 1/7 scale model were conducted for the case of a single elbow. In JFY2009, visualization experiments for the 1/7 scale models with the single and a three-dimensionally connected double elbow geometries were carried out. From these obtained data, effects of the multiple elbows on the flow field were assessed. In addition, the pressure measurements for single elbow flows by using 1/15 and 1/7 scale models were performed. In JAEA, numerical analyses for the 1/7 scale double elbow experiments were performed using the commercial thermal-hydraulics code STAR-CD. The analyses showed that the calculated velocity distributions were in good agreement with the visualization experimental results. It was confirmed, from these analyses, that the URANS analysis method validated for the single elbow flow has applicability to the double elbow flow.