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-

Study on mixing phenomena in T-pipe junction; Results of fluid temperature measurement test

五十嵐 実; 田中 正暁  ; 林 謙二; 飛田 昭; 上出 英樹 

not registered; not registered; Hayashi, Kenji; Tobita, Akira; Kamide, Hideki

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により、構造材内部に熱疲労が発生する現象(サーマルストライピング現象)を評価することは重要な課題である。核燃料サイクル開発機構では、設計に適用できる評価ツールを構築するために実験及び解析ツールの整備を実施している。 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現象に関しては、評価ツールの具体化及び混合現象を解明するために、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、配管合流部における詳細な温度分布を測定するために、熱電対ツリーによる 3次元温度計測を実施した。可視化試験の結果から、流入条件の違いにより噴流形態を 1)衝突噴流 2)偏向噴流 3)再付着噴流 4)壁面噴流に分類できることがわかっている。今回の流体温度測定試験では各噴流形態での温度変動挙動に着目して計測を実施した。試験の結果から、温度変動挙動の空間分布は主/枝配管の運動量比が同じであれば、ほぼ同様の分布を示すことがわかった。温度変動強度は枝配管噴流の境界部で大きくなり、この場所では温度変動の卓越周波数がSt=0.2となり、枝配管噴流を柔な構造物としたカルマン渦的な渦が発生していることが示された。また、壁面近傍において計測時間内での変動の最大振幅値であるTp・pと温度変動強度(Trms)を比較すると,空間分布はほぼ同様の傾向を示しており、値もTp・pは温度変動強度の約6倍(3)の中に収まることが確認できた。

Temperature fluctuation due to mixing between hot and cold fluids gives thermal fatigue to the structure (thermal striping phenomena). Research of this phenomenon is significant for the safety of a fast reactor which uses liquid metal as the coolant. In Japan Nuclear Cycle Development Institute, experiments and the improvement of the analyses have been carried out to understand this phenomena and also to construct the evaluation rule which can be applied to the design. The Water Experiment of Fluid Mixing in T-pipe with Long Cycle Fluctuation (WATLON), aiming at examining thermal striping phenomena in the T-pipe junction, is performed to investigate the key factor of mixing phenomena and reasons of long cycle fluctuation observed in a plant. In this study, a detailed fluid temperature distribution in the main pipe was measured using a movable thermocouple tree. From the flow visualization test, the jet form could be classified into (1)impinging jet (2)deflecting jet (3)re-attachment jet (4)wall jet according to the inflow condition. Then, in this fluid temperature measurerment test, it measured aiming at the temperature fluctuation behavior in each jet form. The results of the test showed when the momentum ratio of the main and the branch pipes is the same, temperature fluctuation intensity shows the almost same distribution. Temperature fluctuation intensity increased along the edge of the jet from branch piping. In this place, the Karman vortex which used the branch pipe jet regarded as a soft object has occurred. The maximum amplitude of temperature fluctuation ( Tp-p) during 120s showed a similar spatial distribution to that of the root mean square of temperature fluctuation (T). As a value, Tp-p was about 6 times larger than T.