【研究分野】機械力学・制御

【研究領域課題番号】09450098 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高速増殖炉 / スロッシング / 自励振動 / 流力弾性振動 / シェル振動 / 不安定性 / 連成問題 / 冷却系 / 時間遅れ系 / 炉壁 / 安全性

【研究成果の概要】

本研究では、わが国の次世代原子炉の候補に挙がっている高速増殖炉(FBR)炉容器の炉壁保護系に関連した「流体と多重円筒隔壁との連成自励振動」の安定性解析について研究を行い、防振設計指針を導くことに成功した。
対象となる振動系は、上流タンク、多重弾性円筒隔壁、下流タンクから構成される。上流タンクに供給された液体は、円筒隔壁を越流して下流タンクヘと流れ込む。その時に、越流特性、落下特性が複雑に絡んで下流タンクに自励的な液面揺動が発生する。
この研究では、これまで、著者らによって研究が行われてきた、矩形弾性隔壁、一重弾性円筒隔壁、に関する理論を確認した後、実際の振動系に近い二重弾性円筒隔壁を対象として理論的、実験的研究を行った。なお、理論的研究においては、隔壁の頂上部を流体が越流する時の流量と越流高さとの非線形な関係、堰に浴って落下する流体の速度の流量依存性、上流側タンクと下流側タンクの間の液位差に基づく静水圧による堰板のたわみと液位差の非線形な関係に着目し、これを理論モデルに取り込んだ。
その結果、実験においては、二重薄肉円筒堰の場合についても、内側の円筒と外側の円筒が逆位相で振動する特徴的なモードを持った自励振動が発生することを世界ではじめて確認することができた。
また、理論的研究では、円周方向に定在波スロッシングが発生する場合について、二重薄肉円筒堰体系を対象に、上流側・下流側の液落差と供給流量をパラメータとして安定性解析を行い、安定限界線図を作成することに始めて成功した。さらに、実験結果と比較することで、理論の妥当性を確認した。
この結果、本研究によって導かれた理論と計算手法を利用すれば、多重弾性円筒隔壁によって構成される高速増殖炉の炉壁保護構造系で発生する不安定振動の発生は予測可能で、振動が発生しない各種パラメータ設定条件を容易に導くことが可能となることが明らかになった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1997 - 1999

【配分額】14,100千円 (直接経費: 14,100千円)

【研究分野】機械力学・制御

【研究領域課題番号】07650275 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

流体関連振動 / スロッシング / 自励振動 / 非線形振動 / 安定性 / いつ流 / シェル振動 / 高速増殖炉 / シェル

【研究成果の概要】

本研究では、わが国の次世代の原子炉の候補に挙がっている高速増殖炉(FBR)炉容器の炉壁保護系の安全性に関連した「流体と堰との連成自励振動」の安定性解析について研究を行ってきた。
対象となる振動系は、上流タンク、弾性堰、下流タンクから構成される。上流タンクに供給された液体は、堰をいつ流して下流タンクへと流れ込む。その時に、越流特性、落下特性が複雑に絡んで下流タンクに自励的な液面揺動が発生する。今回の研究では、特に、堰の項上部を流体が越流する時の流量と越流高さとの非線形な関係、堰に沿って落下する流体の速度の流量依存性、上流側タンクと下流側タンクの間の液位差に基づく静水圧による堰板のたわみと液位差の非線形な関係を反映しつつ、これまでの理論が、高次のスロッシングモードを伴う自励振動にも適用可能かどうか、また、実際のプラントのような多重円筒弾性堰構造に対しても妥当な結果をもたらすかについて理論と実験の両面から研究を行った。
解析においては、
(a)矩形容器を対象として、スロッシングの高次モードが発生する場合について解析を行い、上流側と下流側の液落差と供給流量をパラメータとして安定限界線図を作成した。
(b)さらに、二重薄肉円筒堰を対象として、円周方向定在液スロッシングが発生する場合について、上流側と下流側の液落差と供給流量をパラメータとして安定限界線図を作成した。
実験においては、解析と対応する、矩形容器、円筒容器をそれぞれ作成し、実験を行った。その結果、スロッシングの高次モードが発生する場合についても、これまでの理論は有効であることが始めて明らかになった。また、二重薄肉円筒堰の場合についても、特徴的な自励振動が発生することが初めて実験的に確認され、興味深い実験結果が得られた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】1995 - 1996

【配分額】2,300千円 (直接経費: 2,300千円)