A Finite element LES for high- flow in a short-elbow pipe with undisturbed inlet velocity

ショートエルボ配管入口で乱流を生じない流速における高レイノルズ数流動の有限要素ラージ・エディ・シミュレーション

江口 譲*; 村上 貴裕*; 田中 正暁  ; 山野 秀将   

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

この論文ではショートエルボ配管内の高レイノルズ数流動のためのラージ・エディ・シミュレーション(LES)を扱う。ショートエルボは先進ループ型ナトリウム冷却高速炉(JSFR)の1次配管系での使用が検討されている。=1.210で入口境界で乱流が起きないエルボ配管流動を対象に、1/3縮尺による水試験で観察された流動と比較してLESの基本性能を調べた。なお、比較に用いた水試験では配管入口で小規模な乱流が生じる。計算条件の設定には特に注意を払い、理論考察を行い、配管流動の模擬に適切なメッシュ細分となるようにした。乱流モデル(スマゴリンスキーモデル,WALEモデル)の効果、及び入口速度分析結果について論じる。圧力変動のしくみと流体力の発生についても、スペクトル分析と重要な流動量の可視化を用いて論じる。

The paper is concerned with a large-eddy simulation (LES) for a high-Reynolds-number flow in a short-elbow pipe, which can potentially be employed in the primary piping system of the Japan Sodium-cooled Fast Reactor (JSFR). The basic performance of the LES is studied for an elbow pipe flow without turbulence at inlet boundary at = 1.210 by comparison with a flow observed in a 1/3-scale water experiment, where the flow disturbance at the pipe inlet is small. In setting up the computational conditions, special care was taken to ensure that the mesh subdivision was suitable for the simulation of the pipe flow through a theoretical consideration. We discuss the effects of the turbulence model (Smagorinsky model, WALE model) and the inlet velocity profile on the results. The mechanism of the pressure fluctuation and the origin of the fluid force are also discussed with the aid of spectral analysis and the visualization of essential hydraulic quantities.