流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法
【課題】流体に接する固体壁の肉厚変化（配管においては流体による配管の減肉）の程度を解析により把握する。
【解決手段】固体壁１とこの固体壁１の表面から境界層厚さδ程度以下までの流体２と皮膜３とを含む領域Ｌと、境界層ＢＬを含む主流の領域Ｅとを設定する。この解析体系のうち領域Ｌではラグランジアン的な流動解析法により固体壁１と流体２と皮膜３との挙動を解析する。また領域Ｅではオイラー的な流動解析法により流体２の挙動を解析する。
【解決手段】固体壁１とこの固体壁１の表面から境界層厚さδ程度以下までの流体２と皮膜３とを含む領域Ｌと、境界層ＢＬを含む主流の領域Ｅとを設定する。この解析体系のうち領域Ｌではラグランジアン的な流動解析法により固体壁１と流体２と皮膜３との挙動を解析する。また領域Ｅではオイラー的な流動解析法により流体２の挙動を解析する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体壁に沿って流れる流体により、固体壁の肉厚が変化する減肉事象を解析する技術に係り、特に流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電プラントに敷設された配管には内部の高温・高圧・高流速の蒸気や水および高温・高圧・高流速の蒸気と水との二相流が流れており、絶えず過酷な環境に晒される。このため、配管内面にエロージョンやコロージョンが生じて経年的な減肉現象が生じる。この減肉現象が進行すると配管内部の流体が漏洩する恐れがあり重要な問題となる。このような減肉現象の進行速度は、空間的、時間的に一様ではなく、例えば配管内部の流体の条件や配管の形状等の種々の条件により異なる。
【０００３】
例えば高温・高圧・高流速の水や水蒸気、蒸気と水との二相流が流れる配管内表面（流体と接する固体壁面）は、この表面に生じる化学反応による皮膜（例えば、錆）の形成や流体からのせん断力による磨耗等に起因してその肉厚が変化（減肉）することが知られている。しかし、この流体に接する固体壁の肉厚の変化をシミュレーションする方法は確立されていない。
【０００４】
この流体に接する固体壁の肉厚の変化をシミュレーションする方法に類するものとして、ガスタービン等の高温部品の遮熱コーティングが運転中に受ける損傷の種類と進行を予測する実機損傷シミュレーションシステムがある（特許文献１）。しかし、この実機損傷シミュレーションシステムは試験で得られたデータから予測関数を作成して高温部品の遮熱コーティングが運転中に受ける損傷の種類と進行を予測するものであり、シミュレーションを行う対象となる部品毎に試験を行う必要がある。
【特許文献１】特開２００４−１３２７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
金属材料で作られた配管内を水や水蒸気が流れる場合は、この配管内表面には酸化物の皮膜が形成される。例えば炭素鋼で作られた配管内表面にはマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）の皮膜が形成される。この配管内表面上のマグネタイト皮膜は多孔質であり配管内表面では炭素鋼中に含まれる鉄（Ｆｅ）が水と反応して腐食して水中へ溶解して水酸化鉄（Ｆｅ（ＯＨ）２）に変化する反応が生じている（［数１］）。
［数１］
Ｆｅ＋２Ｈ２Ｏ → Ｆｅ（ＯＨ）２＋２Ｈ＋＋２ｅ−
【０００６】
この水酸化鉄の一部は水中へ拡散するものの他の部分は［数２］による変化でマグネタイトとなり配管内表面へ皮膜として析出する。
［数２］
３Ｆｅ（ＯＨ）２ → Ｆｅ３Ｏ４＋２Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋＋２ｅ−
【０００７】
マグネタイト皮膜が相当程度の厚みになると多孔質なマグネタイト皮膜の空隙率が小さくなり配管内表面への水の供給が乏しくなる。そうすると、［数１］および［数２］の変化が滞りマグネタイト皮膜の成長は抑制される。
【０００８】
配管内表面に形成されたマグネタイト皮膜は、水との反応により水中へ溶解するため、マグネタイト皮膜の厚みが薄くなり再び空隙率が大きくなると［数１］および［数２］の反応によりマグネタイトの供給が促進される。また、水中に溶解したマグネタイトも再び析出し皮膜を形成する。このプロセスが繰り返される間は、マグネタイト皮膜が安定的に形成されるため、配管内表面の損傷の進行は抑制される。
【０００９】
しかし、配管内の水や水蒸気の流速が速い場合は、マグネタイト皮膜の溶解が促進されてマグネタイト皮膜の厚みが減少する。また、マグネタイト皮膜の表面では、流体のせん断力等の外力によりマグネタイト皮膜が大きく剥離することがある。そうするとマグネタイト皮膜の厚みはさらに減少する。マグネタイト皮膜が減少すると［数１］および［数２］の反応によりマグネタイトが供給されるが、マグネタイト皮膜の溶解や剥離（離脱）がマグネタイトの供給速度を上回ると配管の固体壁１は次第に薄くなり配管の破断にいたる恐れがある。
【００１０】
この配管の破断を回避するためには流体に接する固体壁の肉厚変化（配管においては流体による配管の減肉）の程度を把握することは非常に重要である。
【００１１】
特許文献１に開示された実機損傷シミュレーションシステムは、試験で得られたデータから予測関数を作成して流体に接する固体壁の肉厚変化の予測をするため、予測の対象とする部品毎に試験を行う必要がある。
【００１２】
本発明はこれらの課題を解決するためになされたもので、作業量やコストの低減を図り、時々刻々変化する固体壁の肉厚を機構論的なシミュレーションにより評価する流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の課題を解決するため本発明では、流体と接する固体壁であって、前記流体と接する前記固体壁の表面には皮膜が形成されており、前記固体壁と前記固体壁の近傍の前記流体と前記皮膜とにラグランジアン的な流動解析法を適用して解析し、前記固体壁の近傍以外に存在する前記流体にオイラー的な流動解析法を適用して解析し、前記流体の運動と前記固体壁および前記皮膜の形状変化を解析して前記固体壁の減肉状態と前記皮膜の挙動を評価することを特徴とする流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、作業量やコストの低減を図り、時々刻々変化する固体壁の肉厚を機構論的なシミュレーションにより評価する流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１６】
ここで、以下の説明において「ラグランジアン的な流動解析法」とは、解析体系に含まれる物質を各種物理量（位置、速度、圧力、温度、等々）を持つ有限個の解析要素粒子（点）で表し、この解析要素粒子の運動を追跡することにより解析体系に含まれる物質の質量、運動量、エネルギーの保存則を解く方法である（例えば特開平７−３３４４８４号公報、特開２００５−１３５８１４号公報）。
【００１７】
また、以下の説明において「オイラー的な流動解析法」とは、解析体系を有限個の解析要素で区切り、この解析要素内の物理量の収支を任意の時間間隔ごとに評価することにより、各保存則を解く方法である。代表的なものとして有限差分法、有限要素法が挙げられる（例えば特開２００５−１１５９３４号公報、特開２００５−１８２１５０号公報、特開平１０−１５４７９号公報）。
【００１８】
［第１の実施形態］
本発明に係る流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法の第１実施形態について、図１から図４を参照して説明する。
【００１９】
図１から図３は本発明に係る本実施形態の固体壁の肉厚変化シミュレーション方法を説明する概略図であり、図１は本実施形態における流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法を適用する解析体系の概略を説明する図であり、図２は本実施形態における流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法のうちラグランジアン的な流動解析法における皮膜のモデル化の概略を説明する図であり、図３は本実施形態における流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法を適用する解析体系のモデル化の概略を説明する図である。
【００２０】
図１に示すように、解析体系は固体壁１と、この固体壁１に沿って流れる流体２と、この固体壁１に形成され流体２に曝される皮膜３とを有する。この流体２中には固体壁１の表面から境界層厚さδに境界層ＢＬが設定される。この境界層厚さδは流体２の流れの条件により層流境界層や乱流境界層などを考慮して設定できる。
【００２１】
この解析体系に固体壁１とこの固体壁１の表面から境界層厚さδ程度以下までの流体２と皮膜３とを含む領域Ｌと、境界層ＢＬを含む流体２の主流の領域Ｅとを設定する。この領域Ｌと領域Ｅとは一部重なり合うこととなり、この重なり合う領域を領域Ｏとする。この解析体系のうち領域Ｌではラグランジアン的な流動解析法により固体壁１と流体２と皮膜３との挙動を解析する。また領域Ｅではオイラー的な流動解析法により流体２の挙動を解析する。
【００２２】
ここで、ラグランジアン的な流動解析法における解析要素粒子５の大きさは固体壁１の表面に形成された皮膜３の挙動を評価できるよう皮膜３の平均的な厚みＴａｖの略１／５程度以下の大きさに設定する（図２）。他方、オイラー的な流動解析法における解析要素の大きさは、ラグランジアン的な流動解析法で設定する解析要素粒子の大きさ以上、流体２の主流領域の数分の１程度までの大きさに設定する。すなわち、ラグランジアン的な流動解析法を適用する領域Ｌにおける解析要素粒子のサイズは、オイラー的な流動解析法を適用する領域Ｅの解析要素のサイズよりも小さく設定する。また、ラグランジアン的な流動解析法を適用する領域Ｌには、流体２中に任意の特性を設定した解析要素粒子５を流すことができる。
【００２３】
そうすると、図３に示すように領域Ｌには固体壁１の特性をモデル化した解析要素粒子５Ａと流体２の特性をモデル化した解析要素粒子５Ｂと皮膜３の特性をモデル化した解析要素粒子５Ｃとが並んだラグランジアン的な流動解析法を適用する解析モデルが得られ、領域Ｅには流体２の境界層ＢＬから固体壁１の方向へ一部に境界層を含んだ部分と主流領域との特性をモデル化した解析要素６が並んだオイラー的な流動解析法を適用する解析モデルが得られる。なお、領域Ｏにおいて領域Ｌと領域Ｅとの重なり合いは、ラグランジアン的な流動解析法における解析要素粒子５の略数個分程度の距離とすることができる。
【００２４】
固体壁１は、平板の他に曲率を持つ板や配管のような円筒、曲管、表面が凸凹の板、流体２中を移動するタービンブレードなどの構造物へも適用できる。また、領域Ｌは、固体壁１とこの固体壁１の表面から境界層厚さδに解析要素粒子５の略数個分程度以下までの距離を加えた部分の流体２と皮膜３とを含む領域とし、領域Ｅは流体２の境界層ＢＬから主流の領域に設定することもできる。
【００２５】
さらに、解析要素６は三角形要素のみでなく、四辺形要素や立体要素などの要素形状とすることもできる。またさらに、流体２中に存在する構造物についても、本実施形態と同様に境界層ＢＬを設定し、この境界層ＢＬに基づき領域Ｌと領域Ｅとを分割して、それぞれの領域に適用する解析モデルを得ることができる。
【００２６】
本実施形態は、まずこのラグランジアン的な流動解析法を適用する解析モデルとオイラー的な流動解析法を適用する解析モデルとに流体２の流速、圧力、温度などからなる初期条件を与え、それぞれ独立に微少時間（Δｔ１）の解析を進める。
【００２７】
次にラグランジアン的な流動解析法とオイラー的な流動解析法から得られた微少時間（Δｔ１）後の解析結果のうち、領域Ｌと領域Ｅとが重なり合う領域Ｏにおける流速、圧力、温度などの物理量（境界条件）を境界層におけるインタフェース・データとして相互に授受する。図３に示すように、このインタフェース・データの授受は、オイラー的な流動解析法を適用する領域Ｅのうち領域Ｏにも含まれる任意の１つの解析要素６と、この解析要素が重なり合うラグランジアン的な流動解析法を適用する領域Ｌのうち領域Ｏに含まれる解析要素粒子５とを１単位として行う（領域Ｕ）。
【００２８】
すなわち、この１単位にはオイラー的な流動解析法が適用される１つの解析要素６と、ラグランジアン的な流動解析法が適用される複数の解析要素粒子５とが含まれる。この１単位に含まれるオイラー的な流動解析法で得られた解析要素６の物理量を、この１単位に含まれるラグランジアン的な流動解析法を適用する解析要素粒子５の次ステップに解析する微少時間（Δｔ２）の初期に与える境界条件とする。また、この１単位に含まれるラグランジアン的な流動解析法で得られた複数の解析要素粒子５の物理量の平均値を、この１単位に含まれるオイラー的な流動解析法を適用する解析要素６の次ステップに解析する微少時間（Δｔ２）の初期に与える境界条件とする。このインタフェース・データの授受をオイラー的な流動解析法を適用する領域Ｅのうち領域Ｏにも含まれるすべての解析要素６と、この解析要素が重なり合うラグランジアン的な流動解析法を適用する領域Ｌのうち領域Ｏに含まれるすべての解析要素粒子５とについて１単位ごとに行う。さらに、次ステップで解析する微少時間（Δｔ２）の境界条件を除いた条件は、これ以前に解析した微少時間（Δｔ１）の解析結果をそれぞれの解析方法について独立に与えて、それぞれ独立に微少時間（Δｔ２）の解析を進める。以下、同様にして所要の全解析時間（Ｔ）について解析を継続し終了する。
【００２９】
図４は本実施形態における流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法を適用する事象の概略を説明する図である。
【００３０】
発電プラントなどに敷設される金属材料製の配管内（固体壁１に相当）に水または蒸気（流体２に相当）が流れる条件を考える。
【００３１】
図４に示すように、皮膜３が多孔質であるため、水分が金属材料製の固体壁１の表面に達すると化学反応により酸化物粒子８が析出したり（事象Ａ）、流体２の流れによるせん断力が作用して皮膜３の一部が剥離したり（事象Ｂ）、皮膜３の表面や孔から流体２中に金属成分９が溶解して金属成分９が流体２中に流出したり（事象Ｃ）、流体２中に溶解している金属成分９が析出して酸化物粒子８が流体２中に混入したり（事象Ｄ）、流体２中を流れている酸化物粒子８が固体壁１または皮膜３の表面に付着（事象Ｅ）する事象（皮膜３の挙動）が固体壁１または皮膜３の近傍で生じている。
【００３２】
ラグランジアン的な流動解析法を適用する領域Ｌについて酸化物粒子８の特性をモデル化した解析要素粒子や、金属成分９の特性をモデル化した解析要素粒子を流体２の特性をモデル化した解析要素粒子５Ｂ中に所望に設定することで、これらの各事象について本実施形態を適用できる。
【００３３】
この事象Ａから事象Ｅについて本実施形態を適用すると、固体壁１または皮膜３の近傍は領域Ｌに含まれラグランジアン的な流動解析法が適用されるので、固体壁１の表面から酸化物粒子８が析出する事象や、流体２のせん断力により皮膜３を形成する酸化物粒子８が剥離して流体２中へ流出する事象や、皮膜３の表面や孔から流体２中に金属成分９が溶解して流出する事象や、流体２中に溶解している金属成分９が析出して酸化物粒子８が流体２中に混入する事象や、流体２中に含まれる酸化物粒子８が固体壁１に付着する事象を解析することができる。
【００３４】
ラグランジアン的な流動解析法は、外力により移動可能な解析要素粒子で固体壁１と流体２と皮膜３とをモデル化しているため、固体壁１の形状が時間的に変化する領域Ｌの流体解析に都合が良い。一方、領域Ｌに複数の解析要素を設定し、この解析要素内の物理量の収支を評価することで流動の解析を行うオイラー的な流動解析法では固体壁１の形状が変化するたびに解析要素を設定し直す必要があり、解析手順は非常に煩雑になり解析の実施は困難である。
【００３５】
また、本実施形態は、発電プラントなどに敷設される金属材料製の配管内（固体壁１に相当）に水または蒸気（流体２に相当）が流れる条件のみでなく、非金属材料や高分子材料、コンクリートなどを材料とする固体壁で解析要素粒子５を用いて特性をモデル化できる固体壁１に沿って流れる油や気液二層流、固液二層流などの流体で解析要素粒子５と解析要素６とを用いて特性をモデル化できる流体２についても適用できる。
【００３６】
本実施形態によれば、固体壁１および皮膜２の近傍の領域Ｌをラグランジアン的な流動解析法で解析することで、固体壁１の厚みの変化と皮膜３の挙動とを容易に評価できる。
【００３７】
また、オイラー的な流動解析法とラグランジアン的な流動解析法とを併用することで、境界層ＢＬの影響を考慮した領域Ｅと領域Ｌとの解析が可能となり、流体２の主流領域の影響を考慮した固体壁１の厚みの変化を容易に評価できる。
【００３８】
［第２の実施形態］
本発明に係る流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法の第２実施形態について、図５を参照して説明する。
【００３９】
本実施形態の流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法において第１実施形態の流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４０】
図５は本実施形態における流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法を適用する事象の概略を説明する図である。
【００４１】
発電プラントなどに敷設される金属材料製の配管内（固体壁１に相当）に蒸気（流体２に相当）が流れ、配管の内表面（固体壁１の表面に相当）には金属酸化物の皮膜（皮膜３に相当）が形成され、この金属酸化物の皮膜の表面の凹凸の変化が大きい場合を考える。
【００４２】
図５に示すように、固体壁１に沿って流れている流体２中には酸化物粒子８や液滴１０が含まれ、この酸化物粒子８や液滴１０が凹凸に形成された皮膜３の凸部の先端部に衝突し、この凸部の先端部の一部が剥離して流体２中を流れる酸化物粒子８となる（事象Ｅ）。また、凸部の先端部の一部が剥離した皮膜３の下流側の凹部では乱流がおこり、この乱流によるせん断力が作用して皮膜３の凹部の表面の一部が剥離して流体２中を流れる酸化物粒子８となる（事象Ｆ）。さらに、凹部の表面の一部が剥離した皮膜３の部分の厚みが次第に薄くなり、多孔質な皮膜３を通して水分が金属材料製の固体壁１の表面に達すると化学反応により酸化物粒子８が析出する（事象Ｇ）。さらにまた、表面の一部が剥離した皮膜３の凸部や凹部は、流体２中を流れる酸化物粒子８が付着することで新たな皮膜３を形成する（図示省略、事象Ｈ）。これらの事象（皮膜３の挙動）が固体壁１または皮膜３の近傍で生じている。
【００４３】
ラグランジアン的な流動解析法を適用する領域Ｌについて酸化物粒子８の特性をモデル化した解析要素粒子や、液滴１０の特性をモデル化した解析要素粒子を流体２の特性をモデル化した解析要素粒子５Ｂ中に所望に設定することで、これらの各事象について本実施形態を適用できる。
【００４４】
この事象Ｅから事象Ｈについて本実施形態を適用すると、固体壁１または皮膜３の近傍は領域Ｌに含まれラグランジアン的な流動解析法が適用されるので、酸化物粒子８や液滴１０が皮膜３に衝突して皮膜３を形成する酸化物粒子８が剥離して流体２中へ流出する事象や、固体壁１の表面から酸化物粒子８が析出する事象や、流体２中に含まれる酸化物粒子８が固体壁１に付着する事象を解析することができる。
【００４５】
本実施形態によれば、固体壁１および皮膜２の近傍の領域Ｌをラグランジアン的な流動解析法で解析することで、固体壁１の厚みの変化と皮膜３の挙動とを容易に評価できる。
【００４６】
また、オイラー的な流動解析法とラグランジアン的な流動解析法とを併用することで、境界層ＢＬの影響を考慮した領域Ｅと領域Ｌとの解析が可能となり、流体２の主流領域の影響を考慮した固体壁１の厚みの変化を容易に評価できる。
【００４７】
さらに、流体２中に含まれる酸化物粒子８や液滴１０を解析要素粒子５でモデル化することで、固体壁１および皮膜２の近傍の流れの状態をより正確に解析的に把握することができる。
【００４８】
［第３の実施形態］
本発明に係る流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法の第３実施形態について、図６を参照して説明する。
【００４９】
本実施形態の流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法において第１実施形態の流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５０】
図６は本実施形態における流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法を適用する事象の概略を説明する図である。
【００５１】
発電プラントなどに敷設される金属材料製の配管内（固体壁１に相当）に蒸気や水（流体２に相当）が流れ、配管の内表面（固体壁１の表面に相当）には金属酸化物の皮膜（皮膜３に相当）が形成されている場合を考える。
【００５２】
図６に示すように、固体壁１に沿って流れている流体２中には所望の濃度を模擬して酸化物粒子８が含まれる。また、モデル化された解析体系には、この解析体系の上流側から所望の濃度を模擬して酸化物粒子８が含まれる流体２が流入する事象を模擬する。
【００５３】
ラグランジアン的な流動解析法を適用する領域Ｌについて酸化物粒子８の特性をモデル化した解析要素粒子をあらかじめ配置し、かつ流れの上流側から領域Ｌに流入する流体２の特性をモデル化した解析要素粒子５Ｂ中に所望の濃度で酸化物粒子８の特性をモデル化した解析要素粒子を配置することで、解析体系の入口から任意の濃度の酸化物粒子８を含む流体２が流入する事象について本実施形態を適用できる。
【００５４】
この事象Ａから事象Ｈについて本実施形態を適用すると、固体壁１または皮膜３の近傍は領域Ｌに含まれラグランジアン的な流動解析法が適用されるので任意の濃度で、酸化物粒子８を含む流体２が固体壁１や皮膜３に沿って流れた場合の、事象Ａから事象Ｈを解析することができる。
【００５５】
本実施形態によれば、固体壁１および皮膜２の近傍の領域Ｌをラグランジアン的な流動解析法で解析することで、固体壁１の厚みの変化と皮膜３の挙動とを容易に評価できる。
【００５６】
また、オイラー的な流動解析法とラグランジアン的な流動解析法とを併用することで、境界層ＢＬの影響を考慮した領域Ｅと領域Ｌとの解析が可能となり、流体２の主流領域の影響を考慮した固体壁１の厚みの変化を容易に評価できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法の第１実施形態を適用する解析体系の概略を説明する図。
【図２】本発明に係る流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法の第１実施形態のうちラグランジアン的な流動解析法における皮膜のモデル化の概略を説明する図。
【図３】本発明に係る流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法の第１実施形態を適用する解析体系のモデル化の概略を説明する図。
【図４】本発明に係る流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法の第１実施形態を適用する事象の概略を説明する図。
【図５】本発明に係る流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法の第２実施形態を適用する事象の概略を説明する図。
【図６】本発明に係る流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法の第３実施形態を適用する事象の概略を説明する図。
【符号の説明】
【００５８】
１ 固体壁
２ 流体
３ 皮膜
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 解析要素粒子
６ 解析要素
８ 酸化物粒子
９ 金属成分
１０ 液滴
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体壁に沿って流れる流体により、固体壁の肉厚が変化する減肉事象を解析する技術に係り、特に流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電プラントに敷設された配管には内部の高温・高圧・高流速の蒸気や水および高温・高圧・高流速の蒸気と水との二相流が流れており、絶えず過酷な環境に晒される。このため、配管内面にエロージョンやコロージョンが生じて経年的な減肉現象が生じる。この減肉現象が進行すると配管内部の流体が漏洩する恐れがあり重要な問題となる。このような減肉現象の進行速度は、空間的、時間的に一様ではなく、例えば配管内部の流体の条件や配管の形状等の種々の条件により異なる。
【０００３】
例えば高温・高圧・高流速の水や水蒸気、蒸気と水との二相流が流れる配管内表面（流体と接する固体壁面）は、この表面に生じる化学反応による皮膜（例えば、錆）の形成や流体からのせん断力による磨耗等に起因してその肉厚が変化（減肉）することが知られている。しかし、この流体に接する固体壁の肉厚の変化をシミュレーションする方法は確立されていない。
【０００４】
この流体に接する固体壁の肉厚の変化をシミュレーションする方法に類するものとして、ガスタービン等の高温部品の遮熱コーティングが運転中に受ける損傷の種類と進行を予測する実機損傷シミュレーションシステムがある（特許文献１）。しかし、この実機損傷シミュレーションシステムは試験で得られたデータから予測関数を作成して高温部品の遮熱コーティングが運転中に受ける損傷の種類と進行を予測するものであり、シミュレーションを行う対象となる部品毎に試験を行う必要がある。
【特許文献１】特開２００４−１３２７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
金属材料で作られた配管内を水や水蒸気が流れる場合は、この配管内表面には酸化物の皮膜が形成される。例えば炭素鋼で作られた配管内表面にはマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）の皮膜が形成される。この配管内表面上のマグネタイト皮膜は多孔質であり配管内表面では炭素鋼中に含まれる鉄（Ｆｅ）が水と反応して腐食して水中へ溶解して水酸化鉄（Ｆｅ（ＯＨ）２）に変化する反応が生じている（［数１］）。
［数１］
Ｆｅ＋２Ｈ２Ｏ → Ｆｅ（ＯＨ）２＋２Ｈ＋＋２ｅ−
【０００６】
この水酸化鉄の一部は水中へ拡散するものの他の部分は［数２］による変化でマグネタイトとなり配管内表面へ皮膜として析出する。
［数２］
３Ｆｅ（ＯＨ）２ → Ｆｅ３Ｏ４＋２Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋＋２ｅ−
【０００７】
マグネタイト皮膜が相当程度の厚みになると多孔質なマグネタイト皮膜の空隙率が小さくなり配管内表面への水の供給が乏しくなる。そうすると、［数１］および［数２］の変化が滞りマグネタイト皮膜の成長は抑制される。
【０００８】
配管内表面に形成されたマグネタイト皮膜は、水との反応により水中へ溶解するため、マグネタイト皮膜の厚みが薄くなり再び空隙率が大きくなると［数１］および［数２］の反応によりマグネタイトの供給が促進される。また、水中に溶解したマグネタイトも再び析出し皮膜を形成する。このプロセスが繰り返される間は、マグネタイト皮膜が安定的に形成されるため、配管内表面の損傷の進行は抑制される。
【０００９】
しかし、配管内の水や水蒸気の流速が速い場合は、マグネタイト皮膜の溶解が促進されてマグネタイト皮膜の厚みが減少する。また、マグネタイト皮膜の表面では、流体のせん断力等の外力によりマグネタイト皮膜が大きく剥離することがある。そうするとマグネタイト皮膜の厚みはさらに減少する。マグネタイト皮膜が減少すると［数１］および［数２］の反応によりマグネタイトが供給されるが、マグネタイト皮膜の溶解や剥離（離脱）がマグネタイトの供給速度を上回ると配管の固体壁１は次第に薄くなり配管の破断にいたる恐れがある。
【００１０】
この配管の破断を回避するためには流体に接する固体壁の肉厚変化（配管においては流体による配管の減肉）の程度を把握することは非常に重要である。
【００１１】
特許文献１に開示された実機損傷シミュレーションシステムは、試験で得られたデータから予測関数を作成して流体に接する固体壁の肉厚変化の予測をするため、予測の対象とする部品毎に試験を行う必要がある。
【００１２】
本発明はこれらの課題を解決するためになされたもので、作業量やコストの低減を図り、時々刻々変化する固体壁の肉厚を機構論的なシミュレーションにより評価する流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の課題を解決するため本発明では、流体と接する固体壁であって、前記流体と接する前記固体壁の表面には皮膜が形成されており、前記固体壁と前記固体壁の近傍の前記流体と前記皮膜とにラグランジアン的な流動解析法を適用して解析し、前記固体壁の近傍以外に存在する前記流体にオイラー的な流動解析法を適用して解析し、前記流体の運動と前記固体壁および前記皮膜の形状変化を解析して前記固体壁の減肉状態と前記皮膜の挙動を評価することを特徴とする流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、作業量やコストの低減を図り、時々刻々変化する固体壁の肉厚を機構論的なシミュレーションにより評価する流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１６】
ここで、以下の説明において「ラグランジアン的な流動解析法」とは、解析体系に含まれる物質を各種物理量（位置、速度、圧力、温度、等々）を持つ有限個の解析要素粒子（点）で表し、この解析要素粒子の運動を追跡することにより解析体系に含まれる物質の質量、運動量、エネルギーの保存則を解く方法である（例えば特開平７−３３４４８４号公報、特開２００５−１３５８１４号公報）。
【００１７】
また、以下の説明において「オイラー的な流動解析法」とは、解析体系を有限個の解析要素で区切り、この解析要素内の物理量の収支を任意の時間間隔ごとに評価することにより、各保存則を解く方法である。代表的なものとして有限差分法、有限要素法が挙げられる（例えば特開２００５−１１５９３４号公報、特開２００５−１８２１５０号公報、特開平１０−１５４７９号公報）。
【００１８】
［第１の実施形態］
本発明に係る流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法の第１実施形態について、図１から図４を参照して説明する。
【００１９】
図１から図３は本発明に係る本実施形態の固体壁の肉厚変化シミュレーション方法を説明する概略図であり、図１は本実施形態における流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法を適用する解析体系の概略を説明する図であり、図２は本実施形態における流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法のうちラグランジアン的な流動解析法における皮膜のモデル化の概略を説明する図であり、図３は本実施形態における流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法を適用する解析体系のモデル化の概略を説明する図である。
【００２０】
図１に示すように、解析体系は固体壁１と、この固体壁１に沿って流れる流体２と、この固体壁１に形成され流体２に曝される皮膜３とを有する。この流体２中には固体壁１の表面から境界層厚さδに境界層ＢＬが設定される。この境界層厚さδは流体２の流れの条件により層流境界層や乱流境界層などを考慮して設定できる。
【００２１】
この解析体系に固体壁１とこの固体壁１の表面から境界層厚さδ程度以下までの流体２と皮膜３とを含む領域Ｌと、境界層ＢＬを含む流体２の主流の領域Ｅとを設定する。この領域Ｌと領域Ｅとは一部重なり合うこととなり、この重なり合う領域を領域Ｏとする。この解析体系のうち領域Ｌではラグランジアン的な流動解析法により固体壁１と流体２と皮膜３との挙動を解析する。また領域Ｅではオイラー的な流動解析法により流体２の挙動を解析する。
【００２２】
ここで、ラグランジアン的な流動解析法における解析要素粒子５の大きさは固体壁１の表面に形成された皮膜３の挙動を評価できるよう皮膜３の平均的な厚みＴａｖの略１／５程度以下の大きさに設定する（図２）。他方、オイラー的な流動解析法における解析要素の大きさは、ラグランジアン的な流動解析法で設定する解析要素粒子の大きさ以上、流体２の主流領域の数分の１程度までの大きさに設定する。すなわち、ラグランジアン的な流動解析法を適用する領域Ｌにおける解析要素粒子のサイズは、オイラー的な流動解析法を適用する領域Ｅの解析要素のサイズよりも小さく設定する。また、ラグランジアン的な流動解析法を適用する領域Ｌには、流体２中に任意の特性を設定した解析要素粒子５を流すことができる。
【００２３】
そうすると、図３に示すように領域Ｌには固体壁１の特性をモデル化した解析要素粒子５Ａと流体２の特性をモデル化した解析要素粒子５Ｂと皮膜３の特性をモデル化した解析要素粒子５Ｃとが並んだラグランジアン的な流動解析法を適用する解析モデルが得られ、領域Ｅには流体２の境界層ＢＬから固体壁１の方向へ一部に境界層を含んだ部分と主流領域との特性をモデル化した解析要素６が並んだオイラー的な流動解析法を適用する解析モデルが得られる。なお、領域Ｏにおいて領域Ｌと領域Ｅとの重なり合いは、ラグランジアン的な流動解析法における解析要素粒子５の略数個分程度の距離とすることができる。
【００２４】
固体壁１は、平板の他に曲率を持つ板や配管のような円筒、曲管、表面が凸凹の板、流体２中を移動するタービンブレードなどの構造物へも適用できる。また、領域Ｌは、固体壁１とこの固体壁１の表面から境界層厚さδに解析要素粒子５の略数個分程度以下までの距離を加えた部分の流体２と皮膜３とを含む領域とし、領域Ｅは流体２の境界層ＢＬから主流の領域に設定することもできる。
【００２５】
さらに、解析要素６は三角形要素のみでなく、四辺形要素や立体要素などの要素形状とすることもできる。またさらに、流体２中に存在する構造物についても、本実施形態と同様に境界層ＢＬを設定し、この境界層ＢＬに基づき領域Ｌと領域Ｅとを分割して、それぞれの領域に適用する解析モデルを得ることができる。
【００２６】
本実施形態は、まずこのラグランジアン的な流動解析法を適用する解析モデルとオイラー的な流動解析法を適用する解析モデルとに流体２の流速、圧力、温度などからなる初期条件を与え、それぞれ独立に微少時間（Δｔ１）の解析を進める。
【００２７】
次にラグランジアン的な流動解析法とオイラー的な流動解析法から得られた微少時間（Δｔ１）後の解析結果のうち、領域Ｌと領域Ｅとが重なり合う領域Ｏにおける流速、圧力、温度などの物理量（境界条件）を境界層におけるインタフェース・データとして相互に授受する。図３に示すように、このインタフェース・データの授受は、オイラー的な流動解析法を適用する領域Ｅのうち領域Ｏにも含まれる任意の１つの解析要素６と、この解析要素が重なり合うラグランジアン的な流動解析法を適用する領域Ｌのうち領域Ｏに含まれる解析要素粒子５とを１単位として行う（領域Ｕ）。
【００２８】
すなわち、この１単位にはオイラー的な流動解析法が適用される１つの解析要素６と、ラグランジアン的な流動解析法が適用される複数の解析要素粒子５とが含まれる。この１単位に含まれるオイラー的な流動解析法で得られた解析要素６の物理量を、この１単位に含まれるラグランジアン的な流動解析法を適用する解析要素粒子５の次ステップに解析する微少時間（Δｔ２）の初期に与える境界条件とする。また、この１単位に含まれるラグランジアン的な流動解析法で得られた複数の解析要素粒子５の物理量の平均値を、この１単位に含まれるオイラー的な流動解析法を適用する解析要素６の次ステップに解析する微少時間（Δｔ２）の初期に与える境界条件とする。このインタフェース・データの授受をオイラー的な流動解析法を適用する領域Ｅのうち領域Ｏにも含まれるすべての解析要素６と、この解析要素が重なり合うラグランジアン的な流動解析法を適用する領域Ｌのうち領域Ｏに含まれるすべての解析要素粒子５とについて１単位ごとに行う。さらに、次ステップで解析する微少時間（Δｔ２）の境界条件を除いた条件は、これ以前に解析した微少時間（Δｔ１）の解析結果をそれぞれの解析方法について独立に与えて、それぞれ独立に微少時間（Δｔ２）の解析を進める。以下、同様にして所要の全解析時間（Ｔ）について解析を継続し終了する。
【００２９】
図４は本実施形態における流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法を適用する事象の概略を説明する図である。
【００３０】
発電プラントなどに敷設される金属材料製の配管内（固体壁１に相当）に水または蒸気（流体２に相当）が流れる条件を考える。
【００３１】
図４に示すように、皮膜３が多孔質であるため、水分が金属材料製の固体壁１の表面に達すると化学反応により酸化物粒子８が析出したり（事象Ａ）、流体２の流れによるせん断力が作用して皮膜３の一部が剥離したり（事象Ｂ）、皮膜３の表面や孔から流体２中に金属成分９が溶解して金属成分９が流体２中に流出したり（事象Ｃ）、流体２中に溶解している金属成分９が析出して酸化物粒子８が流体２中に混入したり（事象Ｄ）、流体２中を流れている酸化物粒子８が固体壁１または皮膜３の表面に付着（事象Ｅ）する事象（皮膜３の挙動）が固体壁１または皮膜３の近傍で生じている。
【００３２】
ラグランジアン的な流動解析法を適用する領域Ｌについて酸化物粒子８の特性をモデル化した解析要素粒子や、金属成分９の特性をモデル化した解析要素粒子を流体２の特性をモデル化した解析要素粒子５Ｂ中に所望に設定することで、これらの各事象について本実施形態を適用できる。
【００３３】
この事象Ａから事象Ｅについて本実施形態を適用すると、固体壁１または皮膜３の近傍は領域Ｌに含まれラグランジアン的な流動解析法が適用されるので、固体壁１の表面から酸化物粒子８が析出する事象や、流体２のせん断力により皮膜３を形成する酸化物粒子８が剥離して流体２中へ流出する事象や、皮膜３の表面や孔から流体２中に金属成分９が溶解して流出する事象や、流体２中に溶解している金属成分９が析出して酸化物粒子８が流体２中に混入する事象や、流体２中に含まれる酸化物粒子８が固体壁１に付着する事象を解析することができる。
【００３４】
ラグランジアン的な流動解析法は、外力により移動可能な解析要素粒子で固体壁１と流体２と皮膜３とをモデル化しているため、固体壁１の形状が時間的に変化する領域Ｌの流体解析に都合が良い。一方、領域Ｌに複数の解析要素を設定し、この解析要素内の物理量の収支を評価することで流動の解析を行うオイラー的な流動解析法では固体壁１の形状が変化するたびに解析要素を設定し直す必要があり、解析手順は非常に煩雑になり解析の実施は困難である。
【００３５】
また、本実施形態は、発電プラントなどに敷設される金属材料製の配管内（固体壁１に相当）に水または蒸気（流体２に相当）が流れる条件のみでなく、非金属材料や高分子材料、コンクリートなどを材料とする固体壁で解析要素粒子５を用いて特性をモデル化できる固体壁１に沿って流れる油や気液二層流、固液二層流などの流体で解析要素粒子５と解析要素６とを用いて特性をモデル化できる流体２についても適用できる。
【００３６】
本実施形態によれば、固体壁１および皮膜２の近傍の領域Ｌをラグランジアン的な流動解析法で解析することで、固体壁１の厚みの変化と皮膜３の挙動とを容易に評価できる。
【００３７】
また、オイラー的な流動解析法とラグランジアン的な流動解析法とを併用することで、境界層ＢＬの影響を考慮した領域Ｅと領域Ｌとの解析が可能となり、流体２の主流領域の影響を考慮した固体壁１の厚みの変化を容易に評価できる。
【００３８】
［第２の実施形態］
本発明に係る流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法の第２実施形態について、図５を参照して説明する。
【００３９】
本実施形態の流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法において第１実施形態の流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４０】
図５は本実施形態における流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法を適用する事象の概略を説明する図である。
【００４１】
発電プラントなどに敷設される金属材料製の配管内（固体壁１に相当）に蒸気（流体２に相当）が流れ、配管の内表面（固体壁１の表面に相当）には金属酸化物の皮膜（皮膜３に相当）が形成され、この金属酸化物の皮膜の表面の凹凸の変化が大きい場合を考える。
【００４２】
図５に示すように、固体壁１に沿って流れている流体２中には酸化物粒子８や液滴１０が含まれ、この酸化物粒子８や液滴１０が凹凸に形成された皮膜３の凸部の先端部に衝突し、この凸部の先端部の一部が剥離して流体２中を流れる酸化物粒子８となる（事象Ｅ）。また、凸部の先端部の一部が剥離した皮膜３の下流側の凹部では乱流がおこり、この乱流によるせん断力が作用して皮膜３の凹部の表面の一部が剥離して流体２中を流れる酸化物粒子８となる（事象Ｆ）。さらに、凹部の表面の一部が剥離した皮膜３の部分の厚みが次第に薄くなり、多孔質な皮膜３を通して水分が金属材料製の固体壁１の表面に達すると化学反応により酸化物粒子８が析出する（事象Ｇ）。さらにまた、表面の一部が剥離した皮膜３の凸部や凹部は、流体２中を流れる酸化物粒子８が付着することで新たな皮膜３を形成する（図示省略、事象Ｈ）。これらの事象（皮膜３の挙動）が固体壁１または皮膜３の近傍で生じている。
【００４３】
ラグランジアン的な流動解析法を適用する領域Ｌについて酸化物粒子８の特性をモデル化した解析要素粒子や、液滴１０の特性をモデル化した解析要素粒子を流体２の特性をモデル化した解析要素粒子５Ｂ中に所望に設定することで、これらの各事象について本実施形態を適用できる。
【００４４】
この事象Ｅから事象Ｈについて本実施形態を適用すると、固体壁１または皮膜３の近傍は領域Ｌに含まれラグランジアン的な流動解析法が適用されるので、酸化物粒子８や液滴１０が皮膜３に衝突して皮膜３を形成する酸化物粒子８が剥離して流体２中へ流出する事象や、固体壁１の表面から酸化物粒子８が析出する事象や、流体２中に含まれる酸化物粒子８が固体壁１に付着する事象を解析することができる。
【００４５】
本実施形態によれば、固体壁１および皮膜２の近傍の領域Ｌをラグランジアン的な流動解析法で解析することで、固体壁１の厚みの変化と皮膜３の挙動とを容易に評価できる。
【００４６】
また、オイラー的な流動解析法とラグランジアン的な流動解析法とを併用することで、境界層ＢＬの影響を考慮した領域Ｅと領域Ｌとの解析が可能となり、流体２の主流領域の影響を考慮した固体壁１の厚みの変化を容易に評価できる。
【００４７】
さらに、流体２中に含まれる酸化物粒子８や液滴１０を解析要素粒子５でモデル化することで、固体壁１および皮膜２の近傍の流れの状態をより正確に解析的に把握することができる。
【００４８】
［第３の実施形態］
本発明に係る流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法の第３実施形態について、図６を参照して説明する。
【００４９】
本実施形態の流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法において第１実施形態の流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５０】
図６は本実施形態における流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法を適用する事象の概略を説明する図である。
【００５１】
発電プラントなどに敷設される金属材料製の配管内（固体壁１に相当）に蒸気や水（流体２に相当）が流れ、配管の内表面（固体壁１の表面に相当）には金属酸化物の皮膜（皮膜３に相当）が形成されている場合を考える。
【００５２】
図６に示すように、固体壁１に沿って流れている流体２中には所望の濃度を模擬して酸化物粒子８が含まれる。また、モデル化された解析体系には、この解析体系の上流側から所望の濃度を模擬して酸化物粒子８が含まれる流体２が流入する事象を模擬する。
【００５３】
ラグランジアン的な流動解析法を適用する領域Ｌについて酸化物粒子８の特性をモデル化した解析要素粒子をあらかじめ配置し、かつ流れの上流側から領域Ｌに流入する流体２の特性をモデル化した解析要素粒子５Ｂ中に所望の濃度で酸化物粒子８の特性をモデル化した解析要素粒子を配置することで、解析体系の入口から任意の濃度の酸化物粒子８を含む流体２が流入する事象について本実施形態を適用できる。
【００５４】
この事象Ａから事象Ｈについて本実施形態を適用すると、固体壁１または皮膜３の近傍は領域Ｌに含まれラグランジアン的な流動解析法が適用されるので任意の濃度で、酸化物粒子８を含む流体２が固体壁１や皮膜３に沿って流れた場合の、事象Ａから事象Ｈを解析することができる。
【００５５】
本実施形態によれば、固体壁１および皮膜２の近傍の領域Ｌをラグランジアン的な流動解析法で解析することで、固体壁１の厚みの変化と皮膜３の挙動とを容易に評価できる。
【００５６】
また、オイラー的な流動解析法とラグランジアン的な流動解析法とを併用することで、境界層ＢＬの影響を考慮した領域Ｅと領域Ｌとの解析が可能となり、流体２の主流領域の影響を考慮した固体壁１の厚みの変化を容易に評価できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法の第１実施形態を適用する解析体系の概略を説明する図。
【図２】本発明に係る流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法の第１実施形態のうちラグランジアン的な流動解析法における皮膜のモデル化の概略を説明する図。
【図３】本発明に係る流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法の第１実施形態を適用する解析体系のモデル化の概略を説明する図。
【図４】本発明に係る流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法の第１実施形態を適用する事象の概略を説明する図。
【図５】本発明に係る流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法の第２実施形態を適用する事象の概略を説明する図。
【図６】本発明に係る流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法の第３実施形態を適用する事象の概略を説明する図。
【符号の説明】
【００５８】
１ 固体壁
２ 流体
３ 皮膜
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 解析要素粒子
６ 解析要素
８ 酸化物粒子
９ 金属成分
１０ 液滴
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体と接する固体壁であって、前記流体と接する前記固体壁の表面には皮膜が形成されており、
前記固体壁と前記固体壁の近傍の前記流体と前記皮膜とにラグランジアン的な流動解析法を適用して解析し、
前記固体壁の近傍以外に存在する前記流体にオイラー的な流動解析法を適用して解析し、
前記流体の運動と前記固体壁および前記皮膜の形状変化を解析して前記固体壁の減肉状態と前記皮膜の挙動を評価することを特徴とする流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法。
【請求項２】
前記固体壁の近傍は、前記固体壁の表面から前記流体の境界層の厚さであって、
前記固体壁と前記境界層の厚さを含む領域に存在する前記流体と前記皮膜とにラグランジアン的な流動解析法を適用して解析し、
前記流体の前記境界層の厚さを含む主流領域に存在する前記流体にオイラー的な流動解析法を適用して解析することを特徴とする請求項１に記載の流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法。
【請求項３】
前記固体壁と前記固体壁の近傍に存在する前記流体と前記皮膜とにラグランジアン的な流動解析法を適用して解析する際に、
解析粒子要素のサイズを前記皮膜の厚みの略１／５以下とすることを特徴とする請求項１または２に記載の流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法。
【請求項４】
前記ラグランジアン的な流動解析法と前記オイラー的な流動解析法とは、
それぞれの解析が重なり合う領域で得られた解析の結果を境界条件として相互に授受することを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載の流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法。
【請求項５】
前記ラグランジアン的な流動解析法は、
前記固体壁および前記皮膜の成分が前記流体中に溶解する事象および前記流体中に溶解している固体壁および皮膜の成分が析出する事象のうち少なくとも１つの事象を評価することを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項に記載の流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法。
【請求項６】
前記ラグランジアン的な流動解析法は、
前記皮膜が前記流体から受ける力により前記皮膜の一部が剥離する事象および前記流体に含まれる前記皮膜の成分が前記皮膜に付着する事象のうち少なくとも１つの事象を評価することを特徴とする請求項１から５のうちいずれか１項に記載の流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法。
【請求項７】
前記ラグランジアン的な流動解析法は、
解析体系の入口から所望の濃度で前記皮膜の成分を含む前記流体を流入させる事象を評価することを特徴とする請求項１から６のうちいずれか１項に記載の流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法。
【請求項１】
流体と接する固体壁であって、前記流体と接する前記固体壁の表面には皮膜が形成されており、
前記固体壁と前記固体壁の近傍の前記流体と前記皮膜とにラグランジアン的な流動解析法を適用して解析し、
前記固体壁の近傍以外に存在する前記流体にオイラー的な流動解析法を適用して解析し、
前記流体の運動と前記固体壁および前記皮膜の形状変化を解析して前記固体壁の減肉状態と前記皮膜の挙動を評価することを特徴とする流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法。
【請求項２】
前記固体壁の近傍は、前記固体壁の表面から前記流体の境界層の厚さであって、
前記固体壁と前記境界層の厚さを含む領域に存在する前記流体と前記皮膜とにラグランジアン的な流動解析法を適用して解析し、
前記流体の前記境界層の厚さを含む主流領域に存在する前記流体にオイラー的な流動解析法を適用して解析することを特徴とする請求項１に記載の流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法。
【請求項３】
前記固体壁と前記固体壁の近傍に存在する前記流体と前記皮膜とにラグランジアン的な流動解析法を適用して解析する際に、
解析粒子要素のサイズを前記皮膜の厚みの略１／５以下とすることを特徴とする請求項１または２に記載の流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法。
【請求項４】
前記ラグランジアン的な流動解析法と前記オイラー的な流動解析法とは、
それぞれの解析が重なり合う領域で得られた解析の結果を境界条件として相互に授受することを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載の流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法。
【請求項５】
前記ラグランジアン的な流動解析法は、
前記固体壁および前記皮膜の成分が前記流体中に溶解する事象および前記流体中に溶解している固体壁および皮膜の成分が析出する事象のうち少なくとも１つの事象を評価することを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項に記載の流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法。
【請求項６】
前記ラグランジアン的な流動解析法は、
前記皮膜が前記流体から受ける力により前記皮膜の一部が剥離する事象および前記流体に含まれる前記皮膜の成分が前記皮膜に付着する事象のうち少なくとも１つの事象を評価することを特徴とする請求項１から５のうちいずれか１項に記載の流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法。
【請求項７】
前記ラグランジアン的な流動解析法は、
解析体系の入口から所望の濃度で前記皮膜の成分を含む前記流体を流入させる事象を評価することを特徴とする請求項１から６のうちいずれか１項に記載の流体に接する固体壁の肉厚変化シミュレーション方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２９８５２９（Ｐ２００８−２９８５２９Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４３７０２（Ｐ２００７−１４３７０２）
【出願日】平成１９年５月３０日（２００７．５．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月３０日（２００７．５．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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