TK-1-391 改 0
平成 30 年 4 月 19 日
日本原子力発電（株）

東海第二発電所の竜巻影響評価の風速場モデルの適用について
1.

東海第二発電所の竜巻影響評価における風速場モデル
東海第二発電所は，敷地近傍に一般道や隣接事業所の施設等があり，これらの場所からの物品の飛来を完全に管理することは難しい。したがって，竜巻影響評価における物品の飛来による影響を現実的に評価することとし，多数の飛来物源が想定される地表付近の物品の飛散挙動を，より実現象に近く評価できるという特徴を踏まえ，東海第二発電所の竜巻影響評価の風速場モデルとして，フジタモデルを採用した。
なお，東海第二発電所の竜巻影響評価においては，評価及び運用の簡便性を念頭に，保守性を確保した上で，一部についてフジタモデル以外の竜巻モデルから得られる設定を採用している。
風速場モデルの適用状況について，表 1－1 に整理し，フジタモデル以外のモデルに基づく設定についての説明は，「2. フジタモデル以外の竜巻モデルから得られる設定について」に補足する

2特性値竜巻の設計

ＶＴ

Ｒｍ

竜巻の移動速度最大接線風速半径

設計飛来物の速度

最大気圧低下率

最大気圧低下量

ｄｔｄｐｍａｘ

ΔＰｍａｘ

ＨｉＶＲｍ

最大接線方向風速

流入層高さ

ⅤＤ

砂利

鋼製材同上。

62 m/s

含する，ランキン渦モデルによる算出値

〇○○〇

××××―

よる違いの有無

風速場モデルに用いない。

評価には確認済

保守性はデルには無し

ランキン渦モ備考：フジタモデル以外のモデルに基づく設定

任意の初期高さにおけるフジタモデルの解析結果を包含する，ガイドの値

任意の初期高さにおけるフジタモデルの解析結果を包51 m/s

45 hPa/s【ガイドの評価式による】

フジタモデル（解析が必要）に対する算出の簡便性を踏まえ採用

89 hPa【ガイドの評価式による】

15 m

30 m

15 m/s

85 m/s

100 m/s

フジタモデル

基本の風速場モデル

最大風速

東海第二発電所の設定値

竜巻評価に影響する要素

表 1－1 東海第二発電所の竜巻風速場モデルの適用状況（1／2）

3

固縛設計の要否

発生対策

飛来物

飛散解析

初期高さ

風速分布

離隔距離

貫通力

運動エネルギ

最大飛散距離最大鉛直速度ＭＤｈＤｒｅｑ

ｔｐ＊

ＥＭ

ＶＶｍａｘ

ＶＨｍａｘ

最大水平速度

固縛対象設備の設置面と地面との高さ

固縛対象設備の中心位置の風速

フジタモデルの風速場での上記の飛散解析結果を基に評価

フジタモデル風速場に基づく飛散解析の値

最大水平速度の 2/3（ガイドを参考）

フジタモデル風速場に基づく飛散解析の値

物品の実際の設置面と地面との高さ

ｈ

飛来物源の初期高さ

Ｍ

東海第二発電所の設定値

竜巻評価に影響する要素

表 1－1 東海第二発電所の竜巻風速場モデルの適用状況（2／2）

○

○

○

○

○

〇

○

○

〇

よる違いの有無

風速場モデルに

ｅｇｅｎ式

修正ＮＤＲＣ式，Ｄ式，コンクリート：＊ 鋼板：ＢＲＬＴＯＮＢＯＳ

解析コード：ＴＯＮＢＯＳ

解析コード：備考2.

フジタモデル以外の竜巻モデルから得られる設定について(1) 設計竜巻の最大気圧低下量
設計竜巻の特性値のうち，風速場モデルが影響する項目として気圧低下に関する要素があり，フジタモデルの風速分布が高さ方向で変化し，ランキン渦モデルのように一定ではない
ため，最大気圧低下量ΔＰｍａｘは，図 2－1 に示すように，高さ方向で変化し，算出するために解析を要する。
竜巻の中心
150ｍ

竜巻の中心
150ｍ

150ｍ

150ｍ

300ｍ
気圧低下量の最大領域―7000m２/s２

気圧低下量の最大領域≒ ―86hPa―6000m２/s２≒ ―74hPa
地表面

地表面

参考文献：江口譲，杉本聡一郎，服部康男，平口博丸，
竜巻による物体の浮上・飛来解析コードＴＯＮＢＯＳの開発，
電力中央研究所 研究報告 N14002，2014に一部加筆

図 2―1 設計竜巻（最大接線風速ＶＲｍ：85m／s）における圧力分布解析によりフジタモデルでの最大気圧低下量ΔＰｍａｘは，76 hPa と算出される。
なお，「竜巻影響評価ガイド（以下「ガイド」という。
）」には，ランキン渦モデルの風速分布に基づいて設定した簡便な評価式が示されており，当該評価式によると，最大気圧低下量ΔＰｍａｘは 89 hPa と算出され，フジタモデルの値より保守的でもあることからこちらの値を採用した。
また，最大気圧低下率は，解析では 53 hPa/s となり，「ガイド」の評価式での 45 hPa/sを上回ることとなるが，竜巻影響評価においては用いないため，ΔＰｍａｘの設定方針との整合を考慮し「ガイド」の評価式の値とした。
以上により，東海第二発電所の設計竜巻の最大気圧低下量及び最大気圧低下率は，「ガイド」に示される評価式により算出した値で設定した。

4

(2) 設計飛来物の飛散速度
設計飛来物は，発電所構内から周辺における飛来物源の調査等を踏まえ，竜巻防護対策と飛来物発生防止対策のバランスから，設計上の基準として設定するものであり，東海第二発電所の設計飛来物は，表 2－1 に示す鋼製材と砂利を設定した。
表 2－1 東海第二発電所における設計飛来物
飛来物の種類

砂利

鋼製材

サイズ（m）

長さ×幅×高さ
0.04×0.04×0.04

長さ×幅×高さ
4.2×0.3×0.2

質量（㎏）

0.18

135

最大水平速度（m／s）

6251

最大鉛直速度（m／s）

4234

ここで，フジタモデルの風速分布は高さ方向で変化し，飛来物源の飛散速度は初期高さの影響を受けるが，防護設計の基準となる設計飛来物のうち鋼製材の飛散速度の設定においては，任意の初期高さの飛散速度を包含した値の方が，現場での物品配置等の制約を受けず簡単であると考え，任意の初期高さにおけるフジタモデルによる鋼製材の水平速度を包絡する，「ガイド」の値（非定常乱流渦モデルによるシミュレーション（ＬＥＳ）にて導出）を採用した。
鋼製材の初期高さと水平方向の飛散速度の解析結果，及び竜巻風速場をランキン渦モデルとした場合の鋼製材の速度及び「ガイド」の値を図 2－2 に示す。

最大値（ガイド）：51m/s

最大値（ランキン渦モデル）：約 49m/s

最大値（フジタモデル）：約 46m/s

図 2－2 任意の初期高さの鋼製材の最大水平速度分布図5また，もう一つの設計飛来物である砂利の速度は，「ガイド」には記載されておらず，ＬＥＳの解析は膨大な計算資源が必要なこと，及び鋼製材の設定と同様に，配置条件の影響を受けるような値としないことを考慮して，図 2－2 の鋼製材の結果を参考とし，初期高さの影響を受けずフジタモデルより保守的な設定となるものとして，ランキン渦モデルにて飛散解析を行った値を採用した。
3． 屋外の重大事故等対処設備の固縛装置設計の風速
屋外の重大事故等対処設備に設置する固縛装置は，固縛対象となる重大事故等対処設備（以下「固縛対象設備」という。）が受ける設計竜巻の水平風速を基に設計するが，この際の竜巻の風速分布はフジタモデルを採用し，図 2－3 の検討モデルにて算出する。
固縛対象設備が受ける最大水平風速について，可搬型代替注水中型ポンプの例を図 2－4に示す。

竜巻中心から半径 r 位置でのVr：半径方向風速
Vθ：接線方向風速r

Vh：水平方向風速Rm：固縛対象設備

ＶhＶθRmＶr
Vtr × t (m)Rm：最大接線方向風速が生じる位置での半径移動速度 Vtr

Vtr：竜巻の移動速度

図 2－3 固縛対象設備に作用する風速分布の検討モデル

6

(m/s)(s)

図 2－4 可搬型代替注水中型ポンプに作用する設計竜巻の風速の時刻歴分布
以7上