温度境界移動に対する接液構造物の周波数応答関数

Frequency response function of Structures to spatial fluctuations of fluid temperature

笠原 直人; 高正 英樹*

kasahara, Naoto; not registered

原子力プラントの機器・配管において温度が異なる冷却材が合流する領域では、流体混合による不規則な温度ゆらぎが生じるため、熱応力による構造材の疲労破損に注意する必要がある。著者らはこれまで、構造表面の固定された空間上の温度ゆらぎによる応力を周波数に応じて合理的に評価する応答関数を提案してきた。これに対し実際のプラントでは、温度成層界面やホット/コールドスポット等の温度境界が空間上を移動する問題が存在する。本研究では、上記問題に対する熱応力の合理的評価を目的として、温度境界移動に対する接液構造物の周波数応答関数を定式化した。固定境界問題と異なる移動境界問題の特徴は、温度ゆらぎ周波数に加えて移動距離が発生熱応力へ影響することで、移動距離が長くかつ周波数が極端に遅い場合には応力は減衰しなくなる。これに対し、実機で生じる温度成層界面とホット/コールドスポットは通常移動距離が短く周波数も遅いため応力が減衰する。提案した周波数応答関数は、移動距離と変化速度を表す周波数によって現実的に起こりえる応力の応答を定量記述するものである。

Temperature fluctuation from incomplete fluid mixing induces fatigue damages on structures of nuclear components, which should be prevented. For rational analyses of this phenomenon, the authors have developed a frequency response function of thermal stress induced by fluid temperature fluctuations on the fixed spatial boundary. 0n the other hand, actual components have other stress generation modes from multi-dimensional spatial fluctuations of fluid temperature such as traveling of thermal stratification layers and hot/cold spots. This study has extended the frequency response function to be applied to spatial fluctuations problems of fluid temperature. Different characteristics of spatial fluctuation problems from fixed ones are their stress dependencies on both frequencies and traveling distances. When the distance is long and the frequency is very low, thermal stress is not attenuated. At actual components, stresses usually attenuate because the distances are short and frequencies are high. A proposed frequency response function rationally evaluates thermal stress induced by spatial traveling according to their traveling distances and frequencies.