Effect of deflected inflow on flows in a strongly-curved 90 degree elbow

岩本 幸治*; 楠崎 亮*; 十河 基介*; 保田 和則*; 山野 秀将; 田中 正暁

Proceedings of ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2015 (AJK 2015-FED) (USB Flash Drive), p.1767 - 1773, 2015/07

軸方向曲率半径が内径(125mm)と等しくなる90エルボに対して壁面圧力計測と流動場可視化を実施した。本研究では、ほぼ一定な速度傾斜をもつ偏流を導入した。レイノルズ数320,000および500,000の場合、規格化した圧力分布で比較すれば、全体的には差異は見られないことがわかった。入口一様流入の場合と比較し、偏流の場合はエルボ腹側の低圧領域は弱められ外側高圧領域は強まることが明らかにされた。本研究の場合、エルボ下流の圧力がエルボ出口から直径の2倍の距離までの範囲の内側で圧力が高くなるという圧力分布が特徴的であった。流動場の可視化により背側から移流される強い2次流れの衝突によって圧力上昇が引き起こされていると結論づけられた。本研究における非定常圧力分布は、一様流の場合と比べると、エルボ内部および下流において変動の激しい領域が周方向に減少したことを示した。

Unsteady wall pressure characteristics of a 90 degree elbow in high Reynolds numbers

岩本 幸治*; 山野 秀将

Proceedings of 4th International Conference on Jets, Wakes and Separated Flows (ICJWSF 2013) (CD-ROM), 6 Pages, 2013/09

内径(125mm)と曲率が一致する90度エルボの壁面圧力計測を行った。レイノルズ数3.210と5.010を調べた。ここで得た規格化された変動圧力分布は白石らによるレイノルズ数3.2510と動圧の0.02以内で一致する結果を示した。圧力変動パワースペクトル密度はストローハル数0.5のピークがエルボ下流の内側部分で見られた。これはエルボ内側後流部で発達した境界層からの渦放出に相当する。ストローハル数0.5でのピーク強度は定量的に白石らの実験装置で使用したデータと一致しており、この振動に関して力学的類似則が適用できることを示している。

Unsteady flow characteristics in a 90 degree elbow affected by developed, undeveloped and swirling inflow conditions

岩本 幸治*; 近藤 学*; 南浦 弘尚*; 田中 正暁; 山野 秀将

Journal of Fluid Science and Technology (Internet), 7(3), p.315 - 328, 2012/08

https://doi.org/10.1299/jfst.7.315

長い配管、短い配管及び旋回流生成器から流入される場合において、曲率半径が配管内径と一致する90度エルボに対してLDVによる計測が行われた。配管内径とバルク速度に基づいたレイノルズ数320000における全体の平均流速分布により、上流の配管の長さを10Dから4.9Dにするとエルボ下流における流動剥離が起こることが示された。

ナトリウム冷却高速炉1次系ホットレグ配管1/10縮尺試験装置を用いた偏流流入条件下のLDV流速測定

岩本 幸治*; 近藤 学*; 小川 翔太*; 田中 正暁; 山野 秀将

日本機械学会論文集,B, 78(792), p.1383 - 1387, 2012/08

https://doi.org/10.1299/kikaib.78.1383

本研究の主目的は、現在計画中のナトリウム高速炉(JSFR)1次系ホットレグ配管の安全設計に資するべく、縮尺試験装置を用いてさまざまな流入条件での流動状態を把握することである。ホットレグ配管のような曲率の強いエルボには強い流体力が作用する。その流体力が周期的に作用する場合、配管構造との共振を避けるべく流体の振動そのものを抑える、ないしはその固有振動数を配管構造のそれと合致させない工夫が必要である。一般に管軸曲率半径が管内径に近いエルボでは、エルボ下流において周期的な流体振動が発生することが明らかにされている。これらの振動は無次元周波数(ストロハル数)にして0.5程度になる。このことから、エルボを含む配管構造においてはランダム振動に対する堅牢性だけでなく、ストロハル数0.5に相当する共振にも気を配らなければならない。この振動に対して、著者らはLDVによる流速測定及び流れの可視化を行い、エルボ内側で発達した境界層の両端から放出される交互渦によってこの振動が生じることを明らかにした。

Study on flow induced vibration evaluation for a large scale JSFR piping, 4; Unsteady flow characteristics in 1/10 scale hot-leg piping experiments under undeveloped and swirl inflow conditions

岩本 幸治*; 近藤 学*; 保田 和則*; 十河 基介*; 田中 正暁; 山野 秀将

Proceedings of 19th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-19) (CD-ROM), 10 Pages, 2011/10

LDV measurements in a 90 elbow were examined on inflow from a long/short pipe and swirl generator, modeling a 1/10 scale hot-leg piping of a Japanese sodium-cooled fast breeder reactor. Flow distribution when = 320000 shows short upstream pipe induces a flow separation downstream and weakens the Prandtl's secondary flow of the first kind. This suppresses the kinetic energy transport within the pipe wall of the elbow. The swirl generator generates swirling inflow with the non-dimensional angular momentum of 0.12. The circumferential velocity distribution formed a shape like Rankin's combined vortex in the elbow inlet. Also observed is an accelerated axial velocity at the vortex center, whose distribution is like that of non-swirl inflow. Frequency analyses show the Strouhal number by vortex from the boundary layer at the inner side became 0.5, except for 0.6 in the long pipe case. This might be related with the boundary layer width and the local flow velocity.

大口径配管エルボ部における流動剥離現象に関する基礎研究; 平成19年度研究報告

岩本 幸治*; 十河 基介*; 相澤 康介; 中西 繁之*; 山野 秀将

JAEA-Research 2010-009, 58 Pages, 2010/06

JAEA-Research-2010-009.pdf:31.02MB

ナトリウム冷却大型高速炉の1次系大口径配管の設計検討に資するためにホットレグを模擬した1/10縮尺試験装置による実験を行い、また同一条件に対する数値解析を行った。圧力測定により、本装置ではレイノルズ数50000以上で圧力損失が従来からの実験式、つまり曲がり管内の境界層が乱流になっている場合の圧力損失に一致することが示された。可視化試験により、曲がり角45付近を始点、エルボ出口から管内径の0.3倍だけ下流を終点とする領域にはく離域が存在することがわかった。また、エルボ出口部でのはく離域の周方向幅が管内径の0.17倍になることも明らかにした。さらに管軸方向速度のFFT解析を実施し、エルボ下流において速度せん断層付近ではストロハル数にして約1.0(3.2Hz)、曲がりの内側に発生するはく離域及びその下流では約0.5(同1.6Hz)の振動が発生することを示した。非定常解析を実施して、可視化試験結果の流況をおおむね捉えていることを確認した。

Study on flow-induced-vibration evaluation of large-diameter pipings in a sodium-cooled fast reactor, 4; Experiments on the 1/10-scale hot leg test facility in Reynolds number of 50000 and 320000

岩本 幸治*; 保田 和則*; 十河 基介*; 山野 秀将; 小竹 庄司

Proceedings of 6th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-6) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2008/11

JSFRに採り入れられるホットレグ配管の1/10縮尺モデルを用いて、圧力測定,レーザードップラー流速計計測と流動可視化を実施した。Re=50000を用いたLDV計測により、(1)エルボ入口から45度からエルボ出口から下流に配管直径の0.3倍の位置まで流動剥離が見られた。(2)本研究では、2種類の変動が現れた。Re=320000の場合、流れの慣性が逆圧力勾配より優勢になるため、エルボ下流の流動剥離高さが小さくなることがわかった。

偏流が流入する場合におけるエルボ壁面圧力の非定常特性

楠崎 亮*; 村上 浩一*; 岩本 幸治*; 山野 秀将; 保田 和則*; 十河 基介*

no journal, , 

本研究では管軸曲率半径が管内径に一致するベンドに曲がり内側が速い偏流を流入させた場合のエルボ内壁面の圧力測定を行い、定常および非定常特性を調べた。

曲率の強いエルボ内流れのLDVによる計測

南浦 弘尚*; 江副 誉典*; 岩本 幸治*; 十河 基介*; 山野 秀将; 小竹 庄司

no journal, , 

LDV計測により、ショートエルボ配管内流れの時間平均流動特性及び変動特性を調べた。

曲率の強いベンド内に旋回流れが生じる場合の流体振動現象

近藤 学*; 高井 優*; 岩本 幸治*; 保田 和則*; 十河 基介*; 山野 秀将; 田中 正暁

no journal, , 

本研究では、旋回流れが90度ベンドに流入するような実験装置を用いて、レイノルズ数320000の下でLDVによる流速測定を行った。