Unsteady hydraulic characteristics in large-diameter pipings with elbow for JSFR, 4; Influence of elbow curvature on velocity fluctuation at elbow outlet

JSFRにおけるショートエルボ付き大口径配管内の非定常流動特性,4; エルボ下流の流速変動場に対するエルボ曲率の影響

小野 綾子 ; 木村 暢之; 上出 英樹 ; 飛田 昭

Ono, Ayako; Kimura, Nobuyuki; Kamide, Hideki; Tobita, Akira

次世代型ナトリウム冷却高速炉(JSFR)では、建設コスト削減の観点から、1次冷却系システムの2ループ化が検討されており、ホットレグ配管内流速は9m/sを超える設計となっている。このときのレイノルズ数は4.210となる。さらに、炉容器コンパクト化のため、ホットレグ配管の一部に曲率の大きい「ショートエルボ」を採用している。ナトリウム炉では、軽水炉よりも系圧力が大幅に低いため、配管の肉厚は非常に薄い設計となっている。その結果、エルボ部を含むホットレグ配管系で流動励起振動が発生し、配管系の健全性を保てなくなることが懸念されており、配管系の健全性を実証するために、その発生メカニズムの把握が必要とされている。そこで、本研究では、1/8スケールモデルを用いた水流動試験を行った。試験では、曲率比の異なるエルボで、エルボ内の速度変動に曲率比が与える影響について検討した。速度分布測定には粒子画像流速計測法を用いた。2種類のエルボについて、非定常的な二次流れの流況やエルボ腹側の剥離の流況を捉えることに成功し、剥離域周辺の流動構造並びに二次流れの流動構造に関する多数の知見を得ることができた。

The main cooling system of Japan Sodium-Cooled Fast Reactor (JSFR) consists of two loops to reduce the plant construction cost. In the design of JSFR, sodium coolant velocity is beyond 9 m/s in the primary hot leg pipe having a short elbow with large-diameter. Under such a system condition in the cooling system, the flow-induced vibration (FIV) is concerned. The evaluation of the structural integrity of pipings in JSFR will need to grasp the mechanism of FIV at the elbow. In this study, two types of 1/8 scaled elbows with different curvature ratio were used to investigate the influence of curvature on velocity fluctuation. The velocity fields in the elbows were measured using a high speed PIV method. Unsteady behavior of secondary flow and separation flow in the elbow were observed in the two types of elbows. It was found that the growth of secondary flow correlated with the flow fluctuation near the inside wall of the elbow.