Effect of turbulence on nonlinear sloshing in a rectangular pool

矩形貯水槽の非線形スロッシングにおける乱流効果

鵜沢 憲

Uzawa, Ken

使用済み燃料プールのスロッシングに起因する機器構造物の異常事象を未然に防止するためには、スロッシングにより発生する溢水量や流体圧力値の正確な把握が求められる。このためには、これまでプールの形状等に依存する実験的な経験値(減衰定数)で置き換えられてきた内部構造物や水面の近傍での乱れ(乱流)によるエネルギー散逸を定量的に評価する必要がある。そこで本研究では、エネルギー散逸をより機構論的に評価可能とするため、矩形水槽内のスロッシングを対象とした数値シミュレーションを実施し、スロッシングに対する乱流モデルの有効性を検証した。LESにおける運動エネルギーの保存式を導出し、運動エネルギーに対する乱流粘性散逸項の寄与をレイノルズ応力モデルと比較した結果、ほぼ同等であることを明らかにした。このことより、乱流粘性散逸は両モデルで同等に評価できているものの、壁付近の乱流の非等方性はLESの方が再現性が高いことがわかった。

To prevent anomalous events of equipment and structures in a spent fuel pool from occurring, it is essential to comprehend overflow of water and fluid pressure caused by sloshing. For this purpose, it is necessary to quantitatively evaluate turbulent dissipation near water surface and inner structures instead of an empirical value which depends on size of each pool. In this research, we test the efficacy of turbulence models by performing numerical simulation of sloshing in a rectangular pool to evaluate turbulent dissipation based on action mechanism. A conservation equation of turbulent kinetic energy of LES model is derived and compared contributions turbulent dissipation terms to the kinetic energy. I demonstrated that the reproducibility of turbulence near wall in the Large Eddy Simulation is the best.