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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。
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。
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。
田中 正暁; 高屋 茂; 藤崎 竜也*
日本機械学会関東支部茨城講演会2014講演論文集, p.203 - 204, 2014/09
ナトリウム冷却高速炉の原子炉容器内上部プレナム部とホットレグ配管を統合した解析モデルを整備し、非定常流動解析を実施するとともに、流動解析結果を境界条件として流力振動解析を行う連携手法を整備した。構造応答解析の結果、定性的には既往知見と整合する結果が得られ、実機評価への適用可能性の見通しを得た。今後、定量的に妥当な評価結果を得るべく、解析モデルおよび解析手法を高度化していく。
堺 公明; 森下 正樹; 岩田 耕司; 北村 誠司
JNC TN9400 2000-012, 43 Pages, 2000/03
JNC-TN9400-2000-012.pdf:2.12MB
サイクル機構では、温度計さや管の破損を防止する観点から、渦励振および乱流励振に対する評価方法を整備するとともに、それらの実験的検証を進めている。本試験研究は、配管内水流中の円柱の渦励振に関して、従来ほとんど報告が見当たらない構造減衰の影響を調べた試験データを取得し、設計基準等で採用している渦励振の回避・抑制条件の妥当性の検討に資することを目的としている。流力振動試験は、配管によるループを用いて、配管内に突き出した片持ち支持の円柱試験体について行った。円柱試験体は合計4体で、外観寸法が同一の円柱の内部に質・量の異なる粘性体を充填することにより構造減衰を変化させた。円柱試験体の換算減衰Cnは、それぞれ、0.49,0.96,1.23,2.22であった。無次元流速(Vr)が約0.7
約5の範囲(Vr=1におけるレイノルズ数:約810の4乗)で流速を漸増し円柱の変位を測定した。その結果、換算減衰0.49および0.96の試験体は、無次元流速1以上において流れ方向振動が発生したが、換算減衰1.23および2.22の試験体は、振動は、直径の1%以下のレベルに抑制され、有意な渦励振は認められなかった。流れ方向および流れ直交方向渦励振の抑制条件として、ASMEボイラ・圧力容器規格SecIII,Appendix N-1300やサイクル機構の策定した「温度計の流力振動防止のための設計方針」に用いられている判定基準「Vr
3.3かつCn
1.2」は、本試験体系(配管内水流片持ち支持円柱)の範囲において概ね適切であった。
天藤 雅之; 小鷹 幸三
PNC TN9410 97-013, 111 Pages, 1997/01
高燃焼度54本クラスタ燃料集合体の「ふげん」への少数体装荷が計画されており、その設置変更許可中請には炉内滞在中における上記燃料の健全性を確証しなければならない。燃料要素の健全性評価では、燃料被覆管表面のスペーサとの接触部に生じるフレッティング摩耗深さが設計許容値を越えないことを確認することが重要である。フレッティング摩耗の進展特性では、燃料要素の振動(流力振動)特性が重要な因子となることから、上記燃料についても炉心流動条件下での振動特性、特に摩耗進展速度に直接影響する振幅値を正確に把握しておく必要がある。本報告書では、振動計測用燃料要素を組込んだ54本クラスタ燃料集合体をコンポーネント・テストループに装荷し、各種流動条件下で行った振動測定結果を示す。流力振動での周波数特性では、105Hz及び160Hz近傍に卓越した周波数が観察され、フレッティング摩耗解析コード(流力振動計算部)で求めた振動モードおよびその固有振動数と概ね一致した。流力振動振幅は、総流量および蒸気重量率の増加で増大し、その傾向は従来の上記解析コードによる計算結果と一致するが、低流量領域での振幅測定値が計算値に比べ大きく現れた。この差については、解析コード内の振動振幅計算式を改良、すなわちPaidousisの式を主に全流量に依存する成分と主に蒸気重量率に依存する成分に分離し、各々について最適な定数を決めることにより、安全側に縮小できることが確認された。本燃料の流力振動振幅値は、「ふげん」用28本クラスタ燃料、ATR実証炉用36本クラスタ燃料のいずれに対しても増加するが、今回の試験での流動条件範囲では、最大でも2
m(実効値)程度の振幅値であった。流動条件と振幅値との関係から、「ふげん」装荷が予定されているチャンネルでの流動条件においては振幅値は1.9mと予想され、コンポーネント・テストループで実施した本燃料集合体の耐久試験条件での振幅値(1.7m)との差も僅かであり、「ふげん」装荷時の振幅値変化が、耐久試験で実測しているフレッティング摩耗進展特性に及ぼす影響は小さいと考えられる。
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。
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。
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。