報告書番号

L11010

タイトル（和文）

主蒸気配管分岐部における音響共鳴現象の評価（その２）－蒸気流中の共鳴周波数予測手法の提案－

タイトル（英文）

Evaluation of Acoustic Resonance at Branch Section in Main Steam Line (Part 2) - Proposal of Method for Predicting Resonance Frequency in Steam Flow -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

蒸気系配管分岐部での音響共鳴は，プラントの機器配管で疲労損傷例が散見される現象で，最近も米国原子力プラントにおいて出力向上時に同現象に起因する蒸気乾燥器の疲労損傷が発生した．プラントの設計やトラブル対応のためは，その発生条件を評価することが必要である．
強い圧力変動を伴う共鳴はストロハル数が0.3～0.6の領域で発生するとされ，そのパラメータの一つである分岐管の共鳴周波数を求めるには分岐管の開口端補正係数および音速の正確な評価が必要である．また，実機体系では上流側のエルボなどによる偏流の影響や複数分岐管の連成効果などを精度よく評価する必要があり，数値流体力学(CFD)技術による詳細予測が有効であるが，それには音速を入力として与える必要がある．しかし開口端補正係数および音速とも，蒸気系の場合の実験データは見当たらない．

そこで，本研究では，乾き・湿り蒸気条件での実験により，分岐管の開口端補正係数，および湿り蒸気条件の音速を推定した．
乾き蒸気条件での実験により，計測された共鳴周波数から開口端補正係数を評価した．その結果，開口端補正係数は0.40となり，一般的な気体での値とほぼ一致することがわかった．
湿り蒸気の開口端補正係数を乾き蒸気と同様の0.40であると仮定し，湿り蒸気実験との共鳴周波数の比較を行った．その結果，湿り蒸気での音速を一般的に用いられる理論式から算出した場合には，湿り度10%以下(クオリティ0.90以上)で共鳴周波数が低めに評価されることが判明した．更に，湿り蒸気の音速は飽和蒸気条件に近く，実用上は飽和蒸気条件での音速により共鳴周波数を評価可能であることがわかった．また，飽和蒸気での音速から算出した共鳴周波数を用いた場合，湿り蒸気での共鳴の発生条件が乾き蒸気や空気流とほぼ同一に整理できることを示した．

概要 （英文）

Flow-induced acoustic resonances of piping system containing closed side-branches are sometimes encountered in power plants. Acoustic standing waves with large amplitude pressure fluctuation in closed side-branches are excited by the unstable shear layer which separates the mean flow in the main piping from the stagnant fluid in the branch. In U.S. NPP, the steam dryer had been damaged by high cycle fatigue due to acoustic-induced vibration under a power uprating condition.
Our previous research developed the method for evaluating the acoustic resonance at the branch sections in actual power plants by using CFD. In the method, sound speed in wet steam is evaluated by its theory on the assumption of homogeneous flow, although it may be different from practical sound speed in wet steam. So, it is necessary to consider and introduce the most suitable model of practical sound speed in wet steam.
In addition, we tried to develop simplified prediction method of the amplitude and frequency of pressure fluctuation in wet steam flow. Our previous experimental research clarified that resonance amplitude of fluctuating pressure at the top of the branch in wet steam. However, the resonance frequency in steam condition could not be estimated by using theoretical equation as the end correction in steam condition and sound speed in wet steam is not clarified as same reason as CFD.
Therefore, in this study, we tried to evaluate the end correction in each dry and wet steam and sound speed of wet steam from experimental results. As a result, method for predicting resonance frequency by using theoretical equation in each wet and dry steam condition was proposed.

報告者

キーワード