Unsteady hydraulic characteristics in large-diameter pipings with elbow for JSFR, 2; Studies on applicability of a Large-Eddy Simulation to high -number short-elbow pipe flow

JSFRの大口径エルボ配管における非定常流動特性,2; LESの高レイノルズ数におけるショートエルボ配管への適用性に関する研究

江口 譲*; 村上 貴裕*; 田中 正暁  ; 山野 秀将   

Eguchi, Yuzuru*; Murakami, Takahiro*; Tanaka, Masaaki; Yamano, Hidemasa

JSFR設計において、ショートエルボ内の流体運動により発生すると考えられる非定常流体力は評価する必要があるため、本論文では、内作のLESコードを使用して高レイノルズ数水質試験に対するラージ・エディ・シミュレーション(LES)法の適用性を研究している。第一に、高レイノルズLES計算時のメッシュ細分要件は理論上研究されている。そして、各種の入口,出口境界条件が=1.210の場合、スマゴリンスキーモデル及びWALE(Wall-adapting local eddy-viscosity)モデルを使用して乱流モデルの影響,バウンダリ条件を数値的に調べる。入口速度の分析結果では、エルボ曲線の分離機能上考慮すべき衝撃があり、また現在の計算によれば、エルボと出口間の距離が必要以上に短いと、出口バウンダリ条件は分離機能上の影響を特に受けやすいことが明らかになった。圧力及び壁効力変動の基礎機能もコンピュータによる視覚化,スペクトル分析を活用して検討する。

Since unsteady force possibly generated by fluid motion in a short-elbow pipe needs evaluating in the JSFR plant design, applicability of large-eddy simulation (LES) method to a high number water test is studied with an in-house LES code in the paper. First, requirement for mesh subdivision at high- LES computation is theoretically studied. Then, the effects of turbulence model and boundary conditions are numerically studied using the Smagorinsky model and the WALE (Wall-adapting local eddy-viscosity) model with various inlet and outlet boundary conditions at = 1.210. It has turned out that the Smagorinsky model excels the WALE model and that an inlet velocity profile has a considerable impact on the separation features at the elbow curvature. It was also revealed that the outlet boundary condition is likely to have an effect on the separation features especially if the distance between the elbow and the outlet is rather short, which is the case of the present computation. Basic features of the pressure and the wall force fluctuations are also discussed with the aid of computational visualization and spectral analysis.