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Numerical invetigation on local heat transfer under large scale eddy motion

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田中 正暁; 山口 彰

Tanaka, Masaaki; Yamaguchi, Akira

配管合流部等において、温度の異なる流体が混合する際、乱流拡散によって温度変動が発生する。この流体中で発生する温度変動が構造材表面に伝達すると、その周波数特性および振幅の大きさによっては、構造材表面に熱疲労による亀裂を発生させる場合がある。このような一連の現象はサーマルストライピングと呼ばれ、安全上重要な項目となっている。サイクル開発機構では、配管合流部でのサーマルストライピング現象の混合メカニズムの解明と、設計指針の構築のため実験的および解析的研究を実施している。この現象は、流体中で発生する温度変動の周波数特性および振幅の大きさに大きく影響している。そこで、大きなスケールの渦運動およびそれに伴う温度変動が存在する熱流動場における壁面と流体との熱伝達特性に着目し、熱伝達メカニズムの解明と、非定常場への時間平均値としての熱伝達係数の適用の可否について、数値解析により調べた。

Temperature fluctuation caused by the turbulence mixing of different temperature fluids gives thermal fatigue to structure according its amplitude and frequency. This phenomenon is significant as safety issue in liquid metal cooled fast reactor (LMFBR). In Japan Nuclear Cycle Development Institute (JNC), experimental and numerical investigations have been carried out to clarify the turbulence mixing phenomena and to establish an evaluation rule for the thermal fatigue in LMFBR. Large-scale eddy motion in turbulence mixing causes the temperature fluctuation with large amplitude and low frequency component. In the estimation of thermal fatigue, heat transfer coefficient under large-scale eddy motion and such a temperature fluctuation are important factors for accurate prediction of thermal stress in the structure. In this study, numerical simulation was carried out to investigate the local heat transfer mechanism under large-scale eddy motion and the treatment of heat transfer coefficient in the transient phenomena was discussed in relation to the thermal fatigue estimation.

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