Numerical analysis of flow-induced vibration of large diameter pipe with short elbow

大口径ショートエルボ配管の流力振動に関する数値解析

高屋 茂  ; 藤崎 竜也*; 田中 正暁  

Takaya, Shigeru; Fujisaki, Tatsuya*; Tanaka, Masaaki

次世代ナトリウム高速炉の設計においてホットレグ配管の流力振動(FIV)が課題の一つである。我々はこの課題に対処するため、数値解析モデルの開発を行っている。本研究では、1/3縮尺体系のホットレグ配管の数値流体力学(CFD)シミュレーションを実施した。速度分布や圧力変動のパワースペクトル密度等について実験結果と比較し、一部領域で過小評価しているものの、逆流領域ではよく一致していることを確認した。続いて、CFDシミュレーション結果を用いて、FIVによる発生応力を評価した。計算結果は実験結果とよく一致しており、FIV評価において、逆流領域の流況を精度よく解析することが重要であることを示した。

Flow-induced vibration (FIV) of a hot-leg piping is one of main concerns in the design of an advanced loop-type sodium cooled fast reactor. We have been developing numerical analysis models to deal with this issue. In this study, computational fluid dynamics (CFD) simulation of a 1/3 scaled-model of the hot-leg piping was conducted. The results such as velocity profiles and power spectral densities (PSD) of pressure fluctuations were compared with experiment ones. The simulated PSD of pressure fluctuation at the recirculation region agreed well with the experiment. Then, stress induced by FIV was evaluated using pressure fluctuation data calculated by the CFD simulation. The calculated stress generally agrees well the measurement values, which indicates the importance of precise evaluation of the PSD of pressure fluctuation at the recirculation region for evaluation of FIV of the hot-leg piping with a short elbow.