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U-RANS simulation of triple elbow flow with a 1/7 scale experimental loop simulating cold-leg piping of an advanced loop-type sodium-cooled fast reactor

先進ループ型ナトリウム冷却高速炉のコールドレグ配管を模擬した1/7縮尺実験ループを用いた3段エルボ流れのU-RANSシミュレーション

山野 秀将  ; 田中 正暁 ; 江原 真司*; 橋爪 秀利*

Yamano, Hidemasa; Tanaka, Masaaki; Ebara, Shinji*; Hashizume, Hidetoshi*

本研究では、高レイノルズ数(1.0$$times$$10$$^{6}$$)条件下で、3段ショートエルボ配管流れに商用CFDコードのレイノルズ応力モデルによるU-RANSアプローチを適用した。数値計算には、3次元的に接続された3段エルボ内の流動構造を調べるため、先進ナトリウム冷却高速炉のコールドレグ配管の1/7縮尺水実験を用いた。その結果、Re=1.0$$times$$10$$^{6}$$条件下で、解析と実験の結果を比較することによって、U-RANS数値シミュレーション手法の適用性を確認した。また、シミュレーションにより、大きな渦構造の存在によって、2段エルボの流動場は1段エルボと異なり、2段エルボの圧力変動は1段エルボより大きくなることが示された。この大きな渦は2つのエルボ間距離が短いことによって発生した。一方、3段エルボの流動構造は1段エルボと同様の傾向を示しており、これは2段エルボによって形成された旋回流が2段エルボから離れている3段エルボでは緩和されているからである。

In this study, Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes equation (U-RANS) approach with the Reynolds Stress Model using commercial CFD code has been applied to the flow through triple short-elbows under a high Re (1.0$$times$$10$$^{6}$$). This numerical simulation has utilized a 1/7 scaled water experiment of the advanced SFR cold-leg piping in order to investigate the flow structure in a three-dimensionally connected triple elbows. As a result, applicability of the U-RANS numerical simulation method was confirmed by comparison between the numerical and experimental results under Re = 1.0$$times$$10$$^{6}$$ condition. The simulation has also shown that flow fields in the 1st elbow was different from that in the 2nd elbow and pressure fluctuation in the 2nd elbow was slightly larger than that in the 1st elbow because of the presence of their large vortex flow structure. This large vortex was generated due to a short distance between two elbows. On the other hand, the flow structure in the 3rd elbow was similar to that in the 1st elbow because the swirling flow formed in the 2nd elbow was alleviated in the 3rd elbow inlet which was located long way away from the 2nd elbow.

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