Study on mixing behavior in a tee piping and numerical analyses for evaluation of thermal striping

サーマルストライピング現象評価のためのT管内混合現象と数値解析に関する研究

上出 英樹 ; 五十嵐 実*; 川島 滋代*; 木村 暢之; 林 謙二

Kamide, Hideki; Igarashi, Minoru*; Kawashima, Shigeyo*; Kimura, Nobuyuki; Hayashi, Kenji

サーマルストライピング現象の熱流動側面に着目し、3対1の口径比を持つT管を対象とした水試験を実施した。移動可能な熱電対ツリーと粒子画像流速計測法を用い、詳細な温度分布と流速分布を計測した。T管内のフローパターンは3種類に分類され、それぞれが固有の温度変動強度の空間分布を持つことを明らかにした。温度変動のパワースペクトル(PSD)はSt数により無次元化することで、T管の流速比とフローパターンが同じであれば、流速の絶対値によらず同じ分布形状を示すことがわかった。有限差分法に基づく数値解析の結果、壁面噴流の形態では、枝管からのジェットの背後に交互に渦が発達することが示された。T管内の混合現象をこれらの試験データと解析結果に基づいて明らかにした。

Water experiments were carried out for thermal hydraulic aspects of thermal striping in a mixing tee, which has main to branch diameter ratio of 3. Detailed temperature and velocity fields were measured by a movable thermocouple tree and particle image velocimetry. Flow patterns in the tee were classified into three groups, which had own temperature fluctuation profiles. The power spectrum density (PSD) of temperature fluctuation showed an unique profile, which is normalized by St number, when the flow velocity ratio and flow pattern was identical. Numerical simulation based on finite difference method showed alternative vortex development behind the jet from the branch pipe in a case of wall jet. Mixing behavior in the tee was discussed based on the measured data and the simulation.