弾性堰を越える流れによって発生する自励的液面揺動の非線形安定性解析

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07650275
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 金子 成彦 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (70143378)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡辺 辰郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (70011179)
• Keywords: 流体関連振動 / スロッシング / 自励振動 / 非線形振動 / 安定性 / いつ流 / シェル / 高速増殖炉

Research Abstract

本研究では、わが国の次世代の原子炉の候補に挙がっている高速増殖炉(FBR)炉容器の炉壁保護系の安全性に関連した「流体と堰との連成自励振動」の安定性解析について研究を行ってきた。
対象となる振動系は、上流タンク、弾性堰、下流タンクから構成される。上流タンクに供給された液体は、堰をいつ流して下流タンクへと流れ込む。その時に、越流特性、落下特性が複雑に絡んで下流タンクに自励的な液面揺動が発生する。今回の研究では、特に、堰の頂上部を流体が越流する時の流量と越流高さとの非線形な関係、堰に沿って落下する流体の速度の流量依存性、上流側タンクと下流側タンクの間の液位差に基づく静水圧による堰板のたわみと液位差の非線形な関係を反映しつつ、これまでの理論が、高次のスロッシングモードを伴う自励振動にも適用可能かどうか、また、実際のプラントのような多重円筒弾性堰構造に対しても妥当な結果をもたらすかについて理論と実験の両面から研究を行った。
具体的には、平成8年度の研究では、解析方法の検討と解析、実験装置の設計と試作、実験を行った。
解析においては、
(a)矩形容器を対象として、スロッシングの高次モードが発生する場合について解析を行い、上流側と下流側の液落差と供給流量をパラメータとして安定限界線図を作成した。
(b)さらに、二重薄肉円筒堰を対象として、円周方向定在波スロッシングが発生する場合について、上流側と下流側の液落差と供給流量をパラメータとして安定限界線図を作成した。
実験においては、解析と対応する、矩形容器、円筒容器をそれぞれ作成し、実験を行った。その結果、スロッシングの高次モードが発生する場合についても、これまでの理論は有効であることが初めて明らかになった。また、二重薄肉円筒堰の場合についても、特徴的な自励振動が発生することが初めて実験的に確認され、興味深い実験結果が得られた。

Research Products

• [Publications] 金子成彦,村田大輔: "いつ流による薄肉円筒堰の流力弾性振動(トラベリングモードの実験的確認)" 日本機械学会第73期通常総会講演論文集. 96-1(V). 73-74 (1996)
• [Publications] 金子成彦,渡辺辰郎: "平板堰を越える流れによって発生する自励的液面揺動(高次モードに関する検討)" 日本機械学会第74期通常総会. (発表予定). (1997)