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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、堰の項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。
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、円周方向定在液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始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。
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