高Sc数乱流物質伝達機構の流れ場スケール依存性解明と配管減肉制御技術実現への挑戦

2018 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16K06952
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 原子力学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 江原 真司 東北大学, 工学研究科, 准教授 (30325485)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 配管減肉 / 流れ加速型腐食 / 流れの可視化実験 / 濃度場可視化実験 / PIV / LIF / 周波数解析

研究成果の概要

本研究ではオリフィス下流で生じる配管減肉について、加速減肉実験、流れの可視化実験および濃度場可視化実験を行い、高Sc数物質輸送について解析を行った。オリフィス下流では壁面から数mm離れた流体中の全剪断応力の0.25乗が減肉分布とよく一致することが分かった。速度変動周波数と減肉の相関は見られなかった。減肉速度が大きい箇所では壁面近傍における高濃度流体の間欠的かつ頻繁な巻き上がりが見られた。当該箇所における粘性底層は0.1 mmオーダーと見積もられるが、高濃度流体の巻き上がりは瞬間的に高さ数mm程度まで達し、粘性底層・濃度境界層よりも大きな渦構造のスカラー量伝達への大きな寄与が示唆された。

自由記述の分野

原子力工学、核融合炉工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、各種プラントなどで生じる配管減肉の中の流れ加速型腐食について、その流動因子がレイノルズ応力も含めた全剪断応力にあることを明らかとした。しかも、壁面で生じる減肉現象に対して、壁面直近ではなく壁面から数㎜離れた位置における全剪断応力が影響しているという結果が得られた。乱流物質伝達の研究は種々行われているが、オリフィス下流という複雑体系においては詳細な計測を行ったものは少ないため、本研究で大きな成果が得られたと言える。