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山野 秀将; 田中 正暁; 江原 真司*; 橋爪 秀利*
Proceedings of 27th International Symposium on Transport Phenomena (ISTP-27) (USB Flash Drive), 8 Pages, 2016/09
本研究では、高レイノルズ数(1.0
10
)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=1.010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。
江原 真司*; 高村 宏行*; 橋爪 秀利*; 山野 秀将
International Journal of Hydrogen Energy, 41(17), p.7139 - 7145, 2016/05
被引用回数：7 パーセンタイル：18.31(Chemistry, Physical)本研究では、約1,000,000までの高レイノルズ数領域を扱う日本のナトリウム冷却高速炉のコールドレグ配管の1/7縮尺モデル試験体を含む実験装置を用いて流動可視化及び圧力測定を実施した。流れ場に関して、流動はく離が第3エルボ内側に現れた。しかしながら、そのはく離域は、第1エルボのそれより主流方向と垂直な方向には小さく、周流方向には大きかった。これは、第2エルボ下流で形成される旋回流が多少減衰しつつも第3エルボに流れ込むからであると考えられる。圧力変動試験から、エルボ下流0.0D
0.4D(Dは配管直径)の領域において、無次元周波数であるストローハル数が約0.4で圧力変動の卓越周波数が現れることが分かった。また、出口側下流の0.75Dの領域では、ストローハル数が約0.7で弱いピークが見られた。
山野 秀将; Xu, Y.*; 佐郷 ひろみ*; 廣田 和生*; 馬場 丈雄*
Proceedings of 2016 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP 2016) (CD-ROM), p.1029 - 1038, 2016/04
本研究は、先進ループ型ナトリウム冷却高速炉実証施設設計において、配管の健全性を確認するため、流力振動評価を実施した。主冷却系ホットレグ配管設計及び流力振動評価設計指針について述べた後、本論文では主として流力振動評価及び健全性評価について記述する。流力振動の疲労評価では、応力集中係数等を考慮した配管の応力は代表部位において設計疲労限を下回った。したがって、本評価により、実証施設の主冷却系ホットレグ配管の健全性が確認された。
江原 真司*; 高村 宏行*; 橋爪 秀利*; 山野 秀将
Proceedings of 17th International Conference on Emerging Nuclear Energy Systems (ICENES 2015) (CD-ROM), 6 Pages, 2015/10
本研究では、約1,000,000までの高レイノルズ数領域を扱う日本のナトリウム冷却高速炉のコールドレグ配管の1/7縮尺モデル試験体を含む実験装置を用いて流動可視化及び圧力測定を実施した。流れ場に関して、流動はく離が第3エルボ内側に現れた。しかしながら、そのはく離域は、第1エルボのそれより主流方向と垂直な方向には小さく、周流方向には大きかった。これは、第2エルボ下流で形成される旋回流が多少減衰しつつも第3エルボに流れ込むからであると考えられる。圧力変動試験から、エルボ下流0.0D0.4D(Dは配管直径)の領域において、無次元周波数であるストローハル数が約0.4で圧力変動の卓越周波数が現れることが分かった。また、出口側下流の0.75Dの領域では、ストローハル数が約0.7で弱いピークが見られた。
山野 秀将; 田中 正暁; 岩本 幸治*
Proceedings of ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2015 (AJK 2015-FED) (USB Flash Drive), p.231 - 240, 2015/07
本論文は、レイノルズストレスモデルを用いたU-RANS手法である数値解析シミュレーションツールを対象として、JSFRホットレグ配管を模擬したシングルショートエルボ配管を有する1/10および1/3縮尺の水実験を通じて検証することを目的としている。数値解析結果は1/3および1/10縮尺の実験データとして時間平均速度分布、流動場の可視化、および圧力変動パワースペクトル密度とよく一致した。これらの比較によりU-RANS数値解析ツールの妥当性が確認され、単管ショートエルボ管流への適用性が確認されたと結論づけられる。また、数値シミュレーションにより、ショートエルボ流れにおける周期的な2次流れおよびそれによる馬蹄渦で特徴づけられる非定常流動場が示された。さらに、本研究では、数値的シミュレーションを通して出口条件もまた調べた。時間平均速度分布、圧力変動パワースペクトル密度等に関して配管出口におけるIHXプレナムの有無の影響を比較した結果、有意な差は見られなかったことから出口状態による影響は無視できるといえる。
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。
水谷 淳*; 江原 真司*; 橋爪 秀利*; 山野 秀将
Proceedings of 10th International Topical Meeting on Nuclear Thermal Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-10) (USB Flash Drive), 12 Pages, 2014/12
本研究では、はく離及び圧力変動特性に影響を与える入口流れの影響をJSFRコールドレグ配管の1/7縮尺モックアップを使って評価した。第3エルボの流入条件は既往研究と条件を変えており、2番目と3番目のエルボ間距離を6.4D(D:配管直径)から9.4Dに変化させた。可視化実験では、第3エルボ内側ではく離が見られており、6.4Dの場合よりはく離が大きくなった。これは第3エルボ入口での旋回流が弱まったからと考えられる。圧力変動の周波数解析によれば、はく離領域ではストローハル数(St)が0.4程度で圧力変動パワースペクトル密度(PSD)のピークがみられ、その振幅は6.4Dの場合に比べて半分程度であった。また、エルボ腹側の再付着点において、St=0.6のピークが見られ、その振幅は3倍程度だった。その結果から、旋回流が弱められたことによって、はく離領域が下流側に大きくなり、圧力変動の振幅が大きくなったことが明らかになった。
山野 秀将; 金子 哲也*; 相澤 康介; 田中 正暁; 江原 真司*; 橋爪 秀利*
Proceedings of 9th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-9) (CD-ROM), 10 Pages, 2014/11
本研究では、商用流体力学解析コードを用いてレイノルズ応力モデルによるU-RANSアプローチを高レイノルズ数(1.010)条件でのシングル及びダブルエルボ流れに適用した。この数値シミュレーションにはJSFRのコールドレグ配管を模擬した1/7縮尺水試験を用いて、3次元的に接続されたダブルエルボ体系における流動状況を調べた。結果として、数値解析と試験結果との比較によって、U-RANSシミュレーション手法の妥当性と適用性を確認した。また、シミュレーションにより渦構造を含む非定常流動場は第1エルボと第2エルボでは非常に異なることが示された。これは1段エルボで生成された馬蹄渦が2段エルボに横向きに流入されるからである。さらに、シミュレーションによって本論文で扱ったダル部エルボ流れにおけるエルボ間距離の影響は小さいことが示された。
月森 和之; 古橋 一郎*
JNC TN9400 2000-049, 93 Pages, 2000/03
JNC-TN9400-2000-049.pdf:2.82MB
ナトリウム冷却ループ型大型炉の設計において、1次系配管に発生する応力の低減が設計成立の重要な鍵のひとつである。本件は、炉容器と中間熱交換器を結ぶ基本的な配管系として面内S字型のレイアウトを対象として、想定される寸法範囲で弾性計算によるパラメータサーベイを行い、配管ルーティングに依存した発生応力の傾向を把握し、最適のルーティング候補を選定することを目的とする。得られた主要な見解は以下のとおりである。(1)概して、ノズルよりもエルボ部の応力が厳しくなる。炉容器出口ノズルと中間熱交換器入口ノズル間レベル差と炉容器出口ノズルと液面までの距離を大きくすると、エルボの応力は減少する傾向にある。(2)超90度エルボを適用することで、エルボに発生する応力を大幅に低減することが期待できる。暫定的に応力制限を課した場合、超90度エルボ配管引回しは、従来の90度エルボ配管引回しに比べて広い寸法パラメータ範囲で成立する。(3)告示501号ベースでエルボの応力評価を行った場合、エルボ端部で応力強さが最大となる場合、シェル要素による計算された応力よりも過大となる傾向にある。この場合、エルボ中央と端部最大応力の平均を最大値とみなすことで、簡便かつ保守的に最大応力強さを評価できる。(4)従来の90度エルボによる配管引回しでエルボ部の応力強さが最小となるケース(炉容器出口ノズルと中間熱交換器入口ノズル間レベル差V=7m、炉容器出口ノズルと液面までの距離V1=5m)に対して、105度エルボを前提として、ノズル間レベル差の最小化および同寸法で発生応力の大幅低減という2つの観点からそれぞれについて、V=5m,V1=4mおよびV=7m,V1=5mという代替引回しを提示した。いずれの場合もノズル部の応力は、90度エルボ配管引回しに比べて減少する。
村松 壽晴
JNC TN9400 2000-008, 323 Pages, 2000/02
JNC-TN9400-2000-008.pdf:25.2MB
高速炉の炉心出口近傍では、炉心構成要素毎の熱流力特性(集合体発熱量、集合体流量)の違いから、炉心燃料集合体間あるいは炉心燃料集合体-制御棒集合体間などで冷却材に温度差が生じ、それらが混合する過程で不規則な温度ゆらぎ挙動が発生する。この温度ゆらぎを伴った冷却材が炉心上部機構各部(整流筒、制御棒上部案内管、炉心出口温度計装ウェルなど)の表面近傍を通過すると、冷却材中の不規則な温度ゆらぎが構造材中に伝播し、その材料は高サイクル熱疲労を受ける(サーマルストライピング)。特に、冷却材として液体金属ナトリウムを使用する高速炉では、大きな熱伝導率を持つナトリウムの性質から、この熱疲労に対する配慮が必要となる。本研究では、上流側に90エルボを持つ主配管と枝管から構成される配管合流部でのサーマルストライピング現象について、直接シミュレーションコードDINUS-3による解析的検討を行った。本研究で着目したパラメータは、当該合流部における(a)口径比、(b)流速比、(c)主配管エルボ-枝管間相対角度および(d)レイノルズ数であり、これらパラメータが配管合流部下流領域での乱流2次モーメントの空間分布特性に与える影響を評価した。得られた結果は、次の通りである。(1)流速比(
)を1.0に固定した条件においては、口径比(
)が小さいほど乱流2次モーメントの主配管内流れ方向の空間分布範囲は広がる。(2)口径比()を1.0に固定し、流速比()を主配管内流速の増減により模擬した条件においては、流速比が大きいほど乱流2次モーメントの主配管内流れ方向の空間分布範囲は広がる。一方、流速比を枝管内流速の増減により模擬した条件(口径比を3.0に固定)においては、流速比が小さほど乱流2次モーメントの主配管内流れ方向の空間分布範囲は広がる。(3)主配管角(
)を変化した場合、乱流2次モーメントの主配管内流れ方向の空間分布は大きく変化しない。しかしながら、それらピーク値は、主配管角が180である場合が最も大きくなる。(4)レイノルズ数(Re)が大きいほど、乱流2次モーメントの主配管内流れ方向の空間分布範囲は広がる。
渡士 克己; 吉田 博治*; 古橋 一郎*
PNC TN9410 88-147, 215 Pages, 1988/09
本研究は、安全設計上想定する漏洩口面積を適正化する一手段であるクリープ疲労き裂進展挙動を測定する手法の高度化を非線形破壊力学に基づいて実施し、ホットレグ配管に適用することを目的とする。前年度開発したCANISコードにて、公称応力+-1.5Smの膜、曲げおよびこれらの組合せ応力を受ける種々の表面半楕円き裂を有する平板の疲労J積分およびクリープJ積分のデータを作成し、これを用いてエルボの最大応力発生場所のき裂進展計算を行った。結果:(1)板厚20.6mm、500
におけるき裂進展データベースを作成した。(2)初期想定欠陥(長さ41.2mm、深さ4.12mm)の進展に伴う形状変化は疲労でもクリープ疲労でも殆ど同一である。(3)貫通繰返し数は疲労で6250(膜応力)30,520(曲げ応力)サイクル、クリープ疲労で3031534(同上)サイクルである。(4)開口面積は内圧(2atg)に対するものが1.5Sm相当の曲げモーメントに対するものより大きく、約0.5mm2である。(5)最大漏洩率は約23-/hrである。安定き裂進展のシミュレーション技術の高度化はほぼ終了した。今後曲率の影響調査及び実験による検証が必要である。
小野 綾子; 田中 正暁; 小林 順; 上出 英樹
no journal, ,
JSFRのホットレグ配管の一部にはショートエルボが用いられており、運転条件に対応する高レイノルズ数域における過大な流力振動の発生が懸念されている。流動変動と密接に関連する配管内の圧力変動は流力振動の加振力となりうる。本研究では、実機ホットレグ配管の複雑な入口流速条件に焦点を当て、エルボの入口流速条件が配管内で生じる剥離に対して及ぼす影響や等方的な乱れに及ぼす影響を調べ、結果として配管内圧力変動がどのような影響を受けるかについて、配管内圧力計測を行うことで明らかにした。
Xu, Y.*; 佐郷 ひろみ*; 廣田 和生*; 馬場 丈雄*; 山野 秀将
no journal, ,
大口径配管の流力振動に関する研究開発成果を反映した「ナトリウム冷却高速炉1次系ホットレグ配管流力振動評価指針(案)」を用いて管内流れの乱れに起因したランダム振動による配管の構造健全性評価を行い、高速炉実証施設の1次系ホットレグ配管の健全性の見通しを得た。
水谷 淳*; 江原 真司*; 橋爪 秀利*; 山野 秀将
no journal, ,
次世代ナトリウム冷却高速炉の一次冷却系コールドレグ配管では、強い旋回流が流入し、複雑な乱流場が形成され、剥離渦放出に起因した圧力変動が想定される。本研究では旋回流生成器を用いて、様々な入口旋回流に対するエルボ内部および下流の流れ場を、特に時間平均場について実験的に調べた。
細田 孝峻*; 水谷 淳*; 江原 真司*; 橋爪 秀利*; 山野 秀将
no journal, ,
次世代型ナトリウム冷却高速炉1次冷却系コールドレグ配管では、中間熱交換器上部プレナムから配管への流入条件が旋回流となることが数値計算より予想されている。今回の実験では1/7スケールモデルを用い、流入条件を旋回流とした場合の圧力変動を計測し、より実機に近い条件で配管の圧力変動特性を調べた。
水谷 淳*; 江原 真司*; 橋爪 秀利*; 山野 秀将
no journal, ,
本研究では、旋回流生成器を用いて様々な旋回流が流入する際のエルボ内部および下流の流れを実験的に評価し、速度変動場について発達乱流流入時と比較を行った。旋回流流入時は1stエルボ下流での定常的な剥離は生じないが周期性の弱い長周期の渦放出が生じる。また管壁に沿って背側から腹側に向かう流れは入口旋回流の方向は強く、逆方向は弱くなり、この2つの流れが異なる周期で生じていることが示唆された。2ndエルボ下流では速度変動の周期性については発達乱流流入時と旋回流流入時では大きな差異はなく、入口における流入条件の影響が相対的に小さくなり、エルボ配管により決まる流れの矯正が支配的になることが分かった。
阿部 真人; 渡壁 智祥; 森泉 真*; 月森 和之
no journal, ,
原子力発電施設において、地震時に機器・配管系に発生する荷重には様々な条件が考えられる。荷重方向の観点から見た場合、配管系は慣性力もしくは支持点間の相対変位により複雑な3次元挙動を示す。しかし、高速炉で想定する薄肉配管に関して各方向の荷重が構造強度に与える影響について定量的に整理した例は少ない。本件では、地震荷重に対する薄肉配管の健全性評価に資することを目的として、配管の中でも応力集中が顕著な薄肉エルボに着目し、荷重方向が構造強度に与える影響を解析的に評価した。
江原 真司*; 水谷 淳*; 橋爪 秀利*; 山野 秀将
no journal, ,
本研究では、入口条件として旋回流が流入する際の速度変動について調べた。実験結果によれば、最初のエルボ下流では入口旋回流によってディーン渦の形成が阻害され、エルボ内側で定常的な剥離流れが形成された。これは発達乱流入口条件の流れ場における卓越した渦構造が減衰したものと言える。ただし、間欠的な剥離も見られており、それは弱い周期をもった渦構造を引き起こした。2番目と3番目のエルボに関する実験結果から、周方向に周期的な運動が一つ以上あることが分かった。これは入口条件から発生した旋回流との相互作用並びにエルボ配管内で生じた流れによるものと解釈される。
