2015 Fiscal Year Annual Research Report
地震動下における配管内乱流機構および配管振動機構の解明
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24760148
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| Research Institution | The Institute of Applied Energy |
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Principal Investigator |
木野 千晶 一般財団法人エネルギー総合工学研究所(原子力工学センター), その他部局等, 研究員 (40465977)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | Immersed Boundary法 / カットセル法 / 安定化 / 振動場乱流 / 有限体積法 / 有限要素法 / 流体構造連成シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、流路壁面が複雑に振動・変形する条件下での乱流解析を実施し，地震動下の配管内乱流シミュレーションに適した乱流モデルを提案すると共に、提案モデルを用いた地震動下における配管の流体・構造連成シミュレーションにより大規模プラント配管系の振動機構および耐震性に関する知見を得ることである。
これまでに本研究目的の達成に必要な、壁面の複雑な振動・変形を考慮可能な乱流シミュレーション手法の開発およびVerification&Validationを実施した。また、壁面変形時に発生する非物理的な圧力振動を抑制する手法を考案した。
平成２７年度においては、壁面が正弦波で変形する乱流シミュレーションを実施し、壁面変形が乱流に与える影響について詳細に検討した。特に振動壁が乱流構造に与える影響を捉えるLES モデルを開発するため，SGS モデルに基づく乱流解析を実施した。正弦波振動壁は変形の状態によって、凸状態で上昇する半波長領域と凹状態で下降する半波長領域の二領域に分類することができる。本研究では各半波長領域に対する空間平均を用いて乱流統計量を評価した。その結果、凸領域の上昇局面において𝜏11成分および𝜏12成分が他の応力成分と比較して明らかに振動壁の影響を受けて発達していることを指摘した。それに対して、凹領域の下降局面においては、𝜏22成分に若干の上昇が見られたのみであり、その他のSGS 応力成分において大きな変化は見られなかった。さらに、各領域に関するに関するエネルギー伝達成分を検討した結果、凸領域の上昇局面において明らかに逆伝達方向成分の卓越する瞬間が存在することがわかった。標準的なスマゴリンスキーモデルでは順方向伝達成分しか取り扱えないため、振動壁乱流を扱うには壁面との相互作用に起因して発生する逆伝達成分を的確に表現し得るLESモデルが必須となることを指摘した。
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