Study on flow-induced-vibration evaluation of the large-diameter pipings in a sodium-cooled fast reactor, 3; Random vibration analysis method based on turbulence energy calculated by CFD

Na冷却高速炉における大口径配管の流力振動評価手法に関する研究,3; CFDにより算出された乱流エネルギーに基づくランダム振動評価手法

廣田 和生*; 石谷 嘉英*; 西田 圭吾*; 佐郷 ひろみ*; Xu, Y.*; 山野 秀将   ; 中西 繁之; 小竹 庄司

Hirota, Kazuo*; Ishitani, Yoshihide*; Nishida, Keigo*; Sago, Hiromi*; Xu, Y.*; Yamano, Hidemasa; Nakanishi, Shigeyuki; Kotake, Shoji

配管への乱流励振力を評価するため、レイノルズ応力モデルを用いてCFDシミュレーションを実施した。CFDシミュレーションで計算された乱流エネルギーは、JSFRのホットレグ配管を模擬した1/3スケール水試験で得られた圧力変動分布と比較された。その結果、解析で得られた壁面近傍の乱流エネルギー分布と試験で得られた圧力変動分布がよく一致することが示された。また、試験で得られた圧力変動の大きさは、解析結果の乱流エネルギーにある係数を乗じることにより概算できた。振動解析では、圧力変動PSDは計測された正規化PSDに係数を乗じることにより導き出された。本研究により、乱流励振力の相関長と上記の手順で導き出されたPSDに基づいた振動解析手法を提案した。振動応答の解析結果は流力振動試験結果とよく一致することが示されたことから、本研究では開発された評価手法が妥当であると言える。

CFD simulation using the Reynolds stress model was performed to evaluate turbulence-induced forces on the piping. The turbulence energy with the CFD simulation was compared with pressure fluctuation distributions obtained by the test with a 1/3 scale elbow simulating the JSFR hot-leg piping. The profile of turbulence energy was good agreement with that of the pressure fluctuation. The magnitude of pressure fluctuation can also be estimated from calculated turbulence energy multiplied by a certain coefficient. In the vibration analysis, the power spectrum density (PSD) of the pressure fluctuation was derived from the measured normalized PSD multiplied by the coefficient. The vibration analysis method was proposed based on the PSDs derived by the above procedure and correlation lengths. The analysis results of vibration response showed good agreement with the flow-induced-vibration test results, thereby it can be said that the vibration analysis method developed in this study is valid.