Numerical simulation of the flow characteristics in T-junction with turbulence promoter

田中 正暁; 村上 諭; 檜原 秀樹*; 須藤 浩三*

Proceedings of International Conference on Jets, Wakes and Separated Flows (ICJWSF 2005), p.623 - 627, 2005/10

温度の異なる流体が混合することにより生じる温度変動により、構造材内部に熱疲労が発生する現象(サーマルストライピング現象)を評価することは重要な課題である。特に、振幅の大きな温度変動が高い繰り返し数で構造材に作用すること(高サイクル熱疲労)に対して十分考慮する必要がある。また、比較的低い周波数の流体温度ゆらぎは、構造材に対する影響が大きいため、T配管合流部の設計を行う際には、これら高振幅成分と低周波成分の発生条件に対して十分考慮する必要がある。そこで核燃料サイクル開発機構では、T字配管合流部設計の自由度を広げる観点より、流体温度ゆらぎの高振幅成分と低周波成分を積極的に低減させることが可能な流体混合促進機構(乱流プロモータ)に関する基礎研究を行っている。本報では、当該基礎実験を対象とした実験解析結果について報告する。本研究では、乱流プロモータによる混合促進効果の有効性の確認と特性の一般化を図ることを目的とし、さらに、高速炉プラント設計の合理化に資することを目的としている。本報告では、準直接シミュレーションコード(DINUS-3)を用い、この基礎実験を対象とした実験解析を実施し、数値シミュレーションにより流れ場を再現できることを確認すると共に、乱流プロモータの混合促進効果の有効性について検討を行った。

配管系における複雑乱流場の流動特性に関する研究(先行基礎工学研究に関する共同研究報告書)

須藤 浩三; 檜原 秀樹*; 村松 壽晴

JNC TY9400 2002-001, 76 Pages, 2002/03

JNC-TY9400-2002-001.pdf:5.96MB

各種プラントの配管系では、高温と低温の流体が混合するT字形配管合流領域において、機器や配管に高サイクルの熱疲労が発生する。この現象はサーマルストライピングと呼称され、その研究は高速増殖炉の安全性および設計の点からも重要となる。このサーマルストライピング現象の原因を解明するには、T字形配管合流領域の温度変動特性だけでなく、複雑な流れ場の流動特性についても詳しく調べる必要がある。そこで、本研究では、まずT字形配管合流領域において色素流脈法およびスモーク法を用いた流れの可視化を行い、主管内に噴出する枝管からの流れの挙動を調べた。そして、その結果に基づき、速度波形および 3方向の時間平均と速度変動の相互相関の測定を熱線を使って行い、合流部下部の流れに及ぼす各種パラメータ{主管流レイノルズ数、流速比(主管流と枝管流れの断面平均流速の比)および口径比(主管径と枝管径の比)}の影響について調べた結果、以下のような知見を得た。1)合流後の流れは主管内に噴出した後の枝管流の挙動により大きく 3種類の流動パターン、すなわち成層分離流、偏向噴流、衝突噴流に分類でき、レイノルズ数Re=5005000、流速比=0.110、口径比=2.05.0の範囲ではG1(,,Re)1の場合には、成層分離流、G1(,,Re)1かつG2(,,Re)1の場合には偏向噴流、G2(,,Re)1の場合には衝突噴流となる。ここで、G1(,,Re)=20.8・・の1.26・Reの-0.737乗、G2(,,Re)=20.1・・の1.86・Reの-0.138乗 2)枝管からの流れが偏向流となる場合は、アーチ渦状の渦列がみられ、その渦の放出周波数は流速比が小さく、かつレイノルズ数が大きいほど高くなる。3)枝管からの流れが偏向噴流となる場合には、軸方向速度の周波数スペクトルに卓越周波数がみられ、この卓越周波数が渦の放出周波数に相当する。また、卓越周波数 fより得られるストローハル数Sr=f・Dm/Wm(Dm:主管径、Wm:主流の断面平均流速)は、レイノルズ数Re=500050000、流速比=0.332.0、口径比=2.045.20の範囲ではSr=1.06(の-1乗・・Reの0.2乗)の-0.353乗なる式で近似できる。