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。

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 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。

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

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

(*)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.