高レイノルズ数域のプラント内構造物の流れ方向振動の発生機構の解明

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450074
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 岡島 厚 金沢大学, 工学部, 教授 (80013689)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上野 久儀 金沢大学, 工学部, 教授 (80019752) ; 溝田 武人 福岡工業大学, 工学部, 教授 (10038557) ; 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 ; 木綿 隆弘 金沢大学, 工学部, 助教授 (40225107) ; 木村 繁男 金沢大学, 工学部, 教授 (70272953)
• Keywords: 流体関連振動 / 円柱 / 渦励振 / 流れ方向振動 / 高レイノルズ数 / 減衰質量比 / テーパ比 / 数値シミュレーション

Research Abstract

工業プラントの配管内センサーに用いられるブラフな断面構造物は後流に剥離による複雑な渦構造を生じ、様々な自励振動現象が生じる。高速増殖炉「もんじゅ」のナトリウム漏洩事故の主な原因であった流れ方向振動もその中の一つである。この流れ方向流力振動現象は換算減衰率Cn(=2mδ/ρd^2;m:等価質量,δ:対数減衰率,ρ:流体密度,d:円柱直径)が極めて小さく、換算流速Vr(=U/f_nd;U:一様流速、f_n:円柱の固有振動数)が低い領域でのみ発生する現象である。
本研究は円柱や矩形柱断面柱などの構造物の流れ方向流力振動に関し、風洞実験において比較的大きいレイノルズ数、10^4で振動する物体周りの流れをスモーク・ワイヤー法によって可視化実験をした。円柱及び種々な断面比の矩形断面柱の流力振動特性と流れパターンの対応を明らかにし、振動円柱周りの対称渦及び交互渦の鮮明な可視化映像を得た。そして矩形断面柱に関し、その振動特性は断面比に依存し、断面比が小さく垂直平板に近い場合には交互渦による第二励振域が、断面比が大きくなると対称渦を伴う第一励振域が支配的となることを可視化実験によって明らかにした。さらに、2自由度弾性支持円柱の流力振動を数値シミュレーションし、風洞による可視化実験と同様な振動円柱周りの対称渦及び交互渦の渦構造をシミュレートし、2つの後流の三次元構造の様相に違いがあることなどを見い出した。

Research Products

• [Publications] Atsushi OKAJIMA: "Flow Visualizations of In-Line Oscillation of a Cylinder with a Circular or Rectangular section"Proc.of 6th Triennial Int'l Sympo.on FLCOME. FL-048(CD-ROM). 1-6 (2000)
• [Publications] 中村晶: "円柱構造物の流体励起振動"J.Institute of Nuclear Safety System. 7巻. 201-215 (2000)
• [Publications] 岡島厚: "物体の流れ方向流力振動の可視化"第16回風工学シンポジウム論文集. 213-218 (2000)
• [Publications] 岡島厚: "円柱構造物の流力振動(回流水槽による2次元模型実験結果)"日本機械学会2000年度年次大会講演論文集. Vol.I. 839-840 (2000)
• [Publications] 中村晶: "テーパーのある円柱状構造物の流れ方向振動実験"日本機械学会2000年度年次大会講演論文集. Vol.I. 845-846 (2000)
• [Publications] 中村晶: "弾性支持円柱の流れ方向振動のシミュレーションと渦構造"日本機械学会流体工学部門講演会講演概要集. No.00-14. 73-73 (2000)