高速炉配管合流部におけるサーマルストライピング条件の解析的検討(6)非等温場におけるアーチ渦構造の数値解析的検討

Numerical investigation on thermal striping conditions for a tee junction of LMFBR coolant pipes (VI); Numerical evaluations of arched-vortex characteristics in non-isothermal fields

村上 諭*; 村松 壽晴

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配管合流部における乱流混合特性の定量化を目的とした基礎等温実験が広島大学でこれまで実験され、当該位置での混合パターンが付着流、偏向流および衝突流の 3種類に分類できるとともに、偏向流条件においてはアーチ渦が発生することが報告されている。本報では、アーチ渦と温度分布中の関連性を検討することを目的として、偏向流条件(アーチ渦発生条件)での非等温乱流混合解析を直接シミュレーションコード DINUS-3により実施し、以下の結果を得た。1)流速比とRe数が同じであれば、等温場と非等温場でのアーチ渦の通過周期・渦間距離は両者で概ね一致する。2)アーチ渦の通過周期はReに依存し、流速比を固定した条件でRe数を増加させるとアーチ渦の通過周期が短くなる。この傾向は、等温条件でのものと同じである。3)非等温場におけるアーチ渦支柱部でのCFV(Cross Flow Velocity)ゆらぎ特性では、等温場でのものと比べ振幅が大きく、位相の規則性が崩れる傾向が見られた。これは、枝管からの低温流体の運動が密度差により抑制された結果であると考えられる。4)噴流背後の混合層から分離・放出される渦と、噴流の側面からはく離した後流渦の両者が、アーチ渦の形成に関与していることが確認された。

Numerical analyses for turbulence thermal mixing, the aim of which is to evaluate relationship between hydrodynamics and temperature distribution of an archedvortex, were carried out using the direct numerical simulation code DINUS-3. From the analyses, the following results have been obtained: (1)Transportation period of the arched-vortex and distance between the arched--vortices were kept constant in isothermal and non-isothermal conditions. (2)The transportation period of afched-vortex was decreased with increasing Reynolds number under the condition of the constant flow velocity ratio between both coolant pipes. (3)One of the main reasons for this behavior was considered that the motion of the cold fluid flowing out of the branch pipe was restricted by the difference of fluid density between the branch and the main pipes. The amplitudes of the cross flow velocity fluctuation in the leg region of the arched-vortex were larger than those under isothermal condition. (4)It was confirmed that the arched-vortex consists of two kinds of vortexes, i.e., a longitudinal vortex generated by a shear motion at the top of the arched-vortex, and a horizontal vortex by shedding motion at both sides of the branch jet flow.