電磁流体への外部磁場印加に関する有限要素解析

Finite element analysis for electromagnetic flow with applied magnetic field

檜山 智之 ; 大島 宏之; 山口 彰*; 高田 孝*

Hiyama, Tomoyuki; Ohshima, Hiroyuki; Yamaguchi, Akira*; Takata, Takashi*

高速増殖炉の2次系冷却材配管では温度差のある液体ナトリウムが合流する場合があり、これによる流れの変化から生じる周期的な温度変動が配管壁面に伝わるサーマルストライピング現象が配管構造材の熱応力疲労の原因となり、問題視されている。液体ナトリウムは電磁流体であり、磁場印加によってローレンツ力を発生させ、外部から流れを制御することによって、サーマルストライピングの周期的温度変動を緩和することができると考えられる。本研究では、外部磁場印加による温度変動の緩和効果を定量化するために有限要素法を用いて電磁流体の熱流動解析コードを開発した。また開発コードを用いてT字配管における温度差のある電磁流体の合流を模擬した体系の数値解析を実施した。外部磁場印加の条件としては温度変動の緩和を目的とした「梯子型磁場印加」と「包囲型磁場印加」の2種類の方法を考案し、磁場を印加しない条件の数値計算結果と比較することで各磁場印加方法の温度変動緩和効果を評価した。温度変動の評価指標としては温度変動強度やパワースペクトルなどを用いている。

In the piping system of fast breeder reactor, mixture of hot and cold liquid sodium causes thermal striping phenomena in which fluid temperature fluctuation is transmitted to the structure of the piping. The thermal striping causes the thermal stress in the piping structure and may damage it. It is thought that the liquid sodium can be controlled to reduce temperature fluctuation by applying magnetic field from the outside of the piping. In this study a numerical simulation code has been developed using a Finite Element Method to simulate electromagnetic flow fields controlled by applying the magnetic field. Numerical analyses of T-junction piping flow mixing have been carried out in condition of, "no magnetic field", "ladder type magnetic field", and "surround type magnetic field". The results have been compared for evaluating mitigation effects on the temperature fluctuation from the viewpoints of intensity and power spectrum.