Control technique of high-cycle thermal fatigue at a mixing tee with a 90-degree bend upstream by changing its location

上流側に設置する90度ベンド管の位置調整によるT字配管合流部での高サイクル熱疲労の制御方法

小原 啓*; 結城 和久*; Hoseini, S. M.*; 橋爪 秀利*; 田中 正暁  

Ohara, Hiroshi*; Yuki, Kazuhisa*; Hoseini, S. M.*; Hashizume, Hidetoshi*; Tanaka, Masaaki

上流側に90度の曲がり管(エルボ)を有するT字合流配管でのサーマルストライピング現象による配管構造材の熱疲労に関する実験研究を実施した。配管合流部では高低温流体の混合により、流体中で温度変動が発生する。その流体中の温度変動が配管表面に輸送されると、配管表面に温度変動をもたらされるとともに、その温度変動特性に応じて応力変動が発生する。温度変動特性及び構造材側の条件によっては熱疲労による損傷条件を起こす可能性がある。このとき、上流側に曲がり管を設置すると、曲がり管内で発生する2次流れによって下流の配管合流部における温度変動特性は、曲がり管のない直管体系とは異なる特性を示す。曲がり管出口と枝配管との距離が温度変動特性を支配する重要なパラメータとなり、その距離によっては温度変動を抑制する方向に作用し、間接的に温度変動を制御することにも繋がる。そこで、曲がり管出口と枝配管との距離をパラメータとして水流動実験によって温度変動特性と、その制御可能性について調べた。

When temperature fluctuation in mixing tee pipe is transported to the structure, it may lead high-cycle thermal fatigue in the structure. Therefore, it is important to control the high-cycle thermal fatigue. In a 90-degree bend located in upstream of the tee, an unsteady secondary flow arises. The secondary flow affects the fluid mixing in tee and the distance between the tee and the bend is one of the most important parameters to characterize the temperature fluctuation. The temperature fluctuation and the fluid mixing structure are investigated experimentally varied the distance between the tee and the bend. When the tee is located at the close to the bend, the fluid mixing area tends to shift to the inside of the bended pipe. And the temperature fluctuation intensity becomes lower and decays faster in the stream direction. Experimental results suggest that changing the distance between the tee and the bend is useful to control the high-cycle thermal fatigue.