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T字配管合流部の熱解析

概要

T字型の配管があります。太い主管に流れる高温水に、細い枝管からの低温水が合流します。 この配管でのサーマルストライピング現象（配管熱疲労）を予測します。

解析条件

解析領域を図 1 に示します。左端は主管(管径:0.15m)の流入境界(高温水)で、下端が枝管(管径:0.05m)の流入境界(低温水)で、合流後、混ざりながら右端の出口へと向かいます。 要素は6面体要素で、総メッシュ数は、389,988です。

図 1. 解析領域

解析条件を以下に示します。

項目	設定
空間離散化	2次中心差分
時間離散化	Adams-Bashforth法
乱流モデル	標準Smagorinskyモデル（Cs=0.1）
作動流体	水（温度差ΔT =15[K]）

解析結果

主配管の流入条件の速度の値を変更して、衝突噴流の場合、偏向噴流の場合、壁面噴流の場合をそれぞれ解析しています。

衝突噴流の場合

項目	速度 [m/s]	温度 [K]
主配管の流入条件	0.23	321.15
枝配管の流入条件	1.00	306.15

図 2 に 衝突噴流の計算結果より、時間平均温度分布と温度変動強度分布を、(a)計算値と(b)実験値を示します。

図 2. 衝突噴流、時間平均温度分布と温度変動強度分布

図 3 に 衝突噴流の計算結果より、温度変動強度の(a)計算値と(b)実験値を示します。

図 3. 衝突噴流、温度変動強度

偏向噴流の場合

項目	速度 [m/s]	温度 [K]
主配管の流入条件	0.46	321.15
枝配管の流入条件	1.00	306.15

図 4. 偏向噴流、時間平均温度分布と温度変動強度分布

図 5. 偏向噴流、温度変動強度

壁面噴流の場合

項目	速度 [m/s]	温度 [K]
主配管の流入条件	1.46	321.15
枝配管の流入条件	1.00	306.15

図 6. 壁面噴流、時間平均温度分布と温度変動強度分布

図 7. 壁面噴流、温度変動強度

(*)参考文献：畝村他,”FrontFlow/Red によるT字形配管合流部における温度変動のラージ・エディ・シミュレーション”, 第18 回数値流体力学シンポジウム(2004).

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