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Influence of inlet velocity condition on unsteady flow characteristics in piping with a short elbow under a high-Reynolds-number condition

高レイノルズ数条件におけるショートエルボ内の非定常流動挙動に入口条件が及ぼす影響

小野 綾子; 田中 正暁; 小林 順; 上出 英樹

Ono, Ayako; Tanaka, Masaaki; Kobayashi, Jun; Kamide, Hideki

次世代型ナトリウム炉では、炉容器コンパクト化や建設コスト削減のため、主冷系が2ループになることや曲がりの強いショートエルボが配管の一部に採用される設計である。この場合、ホットレグ配管の直径は約1.27mとなり、その中を9m/sでナトリウムが流れる設計となる。このとき、レイノルズ数は4.7$$times$$10$$^{7}$$に到達する。このような状況下では、ショートエルボ部で発生する圧力変動が加振力となる流力振動の発生が考えられる。本論文では、ショートエルボ内の非定常流動挙動に配管の入口条件が与える影響について研究された。実験では、バッフル板を用いて、エルボの上流の流動条件を設定した。粒子画像計測法により取得した速度ベクトル図より、入口条件は周囲二次流れに影響を与えることや、低周波数の乱れ成分はエルボの下流まで残存することを明らかにした。

In the design of the Advanced Sodium-cooled Fast Reactor in Japan, the Reynolds number in the primary hot leg (H/L) piping reaches 4.2$$times$$10$$^{7}$$. Furthermore, a short elbow is used in the H/L piping to achieve a compact plant layout. In the H/L piping, flow-induced vibration is a concern due to the excitation force caused by pressure fluctuation in the short elbow. In this report, the influence of inlet velocity condition on the unsteady velocity characteristics in the short elbow was studied by controlling the flow patterns at the elbow inlet. Measured velocity distributions indicated that the inlet velocity profiles affected a circumferential secondary flow, which then affected an area of flow separation at the elbow. It was also found that the velocity fluctuation at low frequency components observed upstream of the elbow could remain in downstream of the elbow though its intensity was attenuated.

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