Study on flow-induced-vibration evaluation of large-diameter pipings in a sodium-cooled fast reactor, 1; Sensitivity analysis of turbulent flow models for unsteady short-elbow pipe flow

Na冷却高速炉における大口径配管の流力振動評価に関する研究,1; ショートエルボ内非定常流動に対する乱流モデルの感度解析

相澤 康介 ; 中西 繁之; 山野 秀将   ; 小竹 庄司; 早川 教*; 渡辺 収*; 藤又 和博*

Aizawa, Kosuke; Nakanishi, Shigeyuki; Yamano, Hidemasa; Kotake, Shoji; Hayakawa, Satoshi*; Watanabe, Osamu*; Fujimata, Kazuhiro*

JSFRで用いられるショートエルボ内の流力振動を評価するうえで、解析評価は必須である。本研究では、ショートエルボ内非定常流動に対する乱流モデルの解析を実施した。乱流モデルはLESとRSMの二つを検討することとし、両乱流モデルについて離散化手法,壁関数,メッシュ分割等をパラメータとして解析を実施し、1/3スケール水試験結果を再現できる解析モデルを選定した。両乱流モデル解析とも、エルボ下流における渦放出の非定常挙動及び剥離内の逆流を再現でき、また試験では確認できなかった剥離のスパン方向の揺らぎを明らかにした。剥離域内の圧力変動レベルは両解析と試験間でおおむね一致しているが、圧力変動のPSDについては、試験で観測された10Hz付近の卓越周波数をLESは再現できないが、RSMはよく捉えることがわかった。

To evaluate the flow-induced vibration in the actual-sized pipings of JSFR, computer simulation is necessary. In this study, as the first step, sensitivity analysis of turbulence flow models for unsteady short-elbow pipe flow has been carried out with the STAR-CD thermal-hydraulic simulation code. Through the sensibility analysis, the objective of this study is to propose the best analysis models which can reproduce the unsteady characteristics obtained in the 1/3-scale test results with 9.2 m/s of main flow. In this study, to take into account anisotropic characteristics of turbulence, two turbulent flow models were used: large eddy simulation (LES) and Reynolds stress model (RSM). The both validated simulations have reproduced flow separation region and periodic vortex shedding. The simulation results with both models were compared with power spectrum densities of pressure fluctuations which were used in the pipe vibration evaluation. Only the RSM simulation with the best combination has reproduced the pressure-fluctuation power spectrum densities, which were characterized by a peak frequency of 10 Hz in the 1/3 test with 9.2 m/s.