Numerical investigation on thermal striping phenomena in a T-junction piping system

数値解析によるT字合流部におけるサーマルストライピング現象の研究

田中 正暁  ; 三宅 康洋*

Tanaka, Masaaki; Miyake, Yasuhiro*

本報では、流動-構造熱連成解析コード(MUGTHES)の検証を目的として、サーマルストライピング現象の典型問題としてT字合流部での異温度流体混合に対する水流動試験を対象に熱流動解析(流体部の解析のみ)を実施するとともに、MUGTHESによる数値解析結果を基に、T字合流部での温度変動発生メカニズムに対する大スケール渦運動との相互作用に関して調べたものである。MUGTHESによる熱流動解析では、標準スマゴリンスキーモデルによるラージエディシミュレーション法を採用した。解析コードの検証過程では、GCI(格子収束性)評価を実施し、最小二乗法に基づくGCI評価手法の適用性が高いことを示した。また、解析結果から、構造評価に対して影響の大きい主要な温度変動発生メカニズムは、枝噴流前縁から後流領域の境界に沿って主配管表面近傍で形成されるネックレス状渦、枝噴流背後で形成される馬蹄状渦、さらに枝噴流背後のカルマン渦との相互作用によることを明かにした。

In this study, numerical simulation for the WATLON experiment which was the water experiment of a T-junction piping system (T-pipe) was carried out to validate the MUGTHES and to investigate the relation between the mechanism of temperature fluctuation generation and the unsteady motion of large eddy structures. In the numerical simulation, the large eddy simulation (LES) approach with standard Smagorinsky model was employed as eddy viscosity model to simulate large scale eddy motion in the T-pipe. As for uncertainty quantification in the validation process, the modified method of the Grid Convergence Index (GCI) estimation based on the least squire version could successfully quantify uncertainty. Through the numerical simulations, it was indicated that the fine mesh arrangement could improve the temperature distribution in the wake. It could be found that the thermal mixing phenomena in the T-pipe were caused by the mutual interaction of the necklace-shaped vortex around the wake from the front of the branch jet, the horseshoe-shaped vortex and the Karman's vortex motions in the wake.