配管内気液二相流中における円柱状構造物の流力振動予測と設計評価ガイドラインの開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11555054
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 岡島 厚 金沢大学, 工学部, 教授 (80013689)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 恵一 金沢工業大学, 工学部, 教授 (50113030) ; 亀本 喬司 横浜国立大学, 工学部, 教授 (30018022) ; 岡野 行光 (株)原子力安全システム研究所, 技術システム研究所, 副所長(研究職) ; 木村 繁男 金沢大学, 工学部, 教授 (70272953) ; 上野 久儀 金沢大学, 工学部, 教授 (80019752)
• Keywords: 流体関連振動 / 円柱 / 渦励振 / 流れ方向振動 / 気液二相流 / 減衰質量比 / テーパ比 / 数値シミュレーション

Research Abstract

「配管内円柱状構造物の流力振動評価指針」のガイドラインをさらに発展させ、正確度の高い、複雑な流れにも適応する気液二相流中における円柱状構造物の流力振動予測と設計評価ガイドラインの開発を行う。まず、実際のプラントン配管に近い、作動流体として水を用いた回流式水槽試験装置で円柱構造物の詳細な流れ方向振動実験を系統的に行い、特に実際の温度計に近い形状の片持ち弾性支持の有限スパン長さの円柱模型を用いて、換算質量減衰係数やテーパ比の影響について調べた。試験結果から、有限スパン長さ円柱で片持ち弾性支持の場合には、米国機械学会基準では基準として不十分なケースが生ずることがあるが、日本機械学会流力振動評価指針(1998年制定)は、この場合でも十分適用可能なことが確認できた。他方、気液ニ相流について、別途、気液二相流を発生させる装置を試作し、気泡径の違いが管内気液二相流において流動構造に及ぼす影響を調べた。特に急拡大部を通過する気泡流について着目し、局所ボイド率、気泡径、気泡径の度数分布を計測し、気泡の合体、分裂の発生状況について調べた。次に、その気泡発生装置による気泡流を回流式水槽試験装置の流路に混入して片持ち弾性支持した有限スパン長さ円柱の流力振動特性を調べ、気泡混入による流力振動に及ぼす影響を明らかにした。現時点の実験結果によれば、現行の「配管内円柱状構造物の流力振動評価指針」はいずれの場合にも妥当であることなど、貴重な試験結果を得た。

Research Products

• [Publications] A.OKAJIMA: "Experiments on Flow-Induced In-Line Oscillation of a Circular Cylinder in a Water Tunnel(1st Report, The Difference of the Response Characteristics When a Cylinder is Elastically Supported and cantilevered)"JSME International. Journal. 44・4B. 695-704 (2001)
• [Publications] A.NAKAMURA: "Experiments on Flow-Induced In-Line Oscillation of a Circular Cylinder in a Water Tunnel(2nd Report, The Influence of the Aspect Ratio of a Cantileverd Circular Cylinder)"JSME International. Journal. 44・4B. 705-711 (2001)
• [Publications] 小杉 崇: "回流水路流中における両端弾性支持円柱及び片持ち弾性支持有限スパン円柱の流れ方向振動"第33回流体力学講演会講演集. 209-212 (2001)
• [Publications] A.OKAJIMA: "Flow-Induced In-Line Oscillation of a Circular Cylinder in a Water Tunnel"Proc. of ASME PVP-Vol.420-1, Flow-Induced Vibration-2001. No.01. 351-352 (2001)
• [Publications] A.NAKAMURA: "A Numerical Simulation and Vortex Structures of In-Line Oscillation of an Elastically Supported Circular Cylinder"Proc. of ASME PVP-Vol.420-1, Flow-Induced Vibration-2001. No.01. 177-184 (2001)
• [Publications] 木村繁男: "上昇急拡大円管における気液2相流の流動構造"日本機械学会2001年度年次大会講演論文集. Vol.2. 283-284 (2001)