Verification of models for bubble turbulent diffusion and bubble diameter in multi-dimensional two-fluid model

多次元二流体モデルにおける気泡の乱流拡散及び気泡径に対するモデルの検証

大貫 晃; 秋本 肇

Onuki, Akira; Akimoto, Hajime

計算資源の拡大に伴い、気液二相流の形状効果を多次元で解析することが期待されるようになってきたが、構成方程式の検証は十分ではない。著者らは多次元二流体モデルにより相分布を予測するため、気泡の乱流拡散並びに気泡径に対するモデルを近年開発した。本研究ではこのモデルの検証を行う。検証は幅広い条件(流路直径;9mmから155mm,圧力;大気圧から4.9MPa,流量;気相見かけ流速=0.01m/sから5.5m/s,液相見かけ流速=0m/sから4.3m/s,流体; 空気-水,蒸気-水)でのデータベースにより行った。検証解析を通じ、開発したモデルは流路直径の影響を含め広い流動条件に適用できることがわかった。相分布の形並びに流路全体の平均ボイド率を定性的及び定量的によく予測した。本モデルは気泡径と渦スケールの比を重要なパラメータとして採用しており、このパラメータが多次元二流体モデルの構成方程式を構築する上で重要であることがわかった。

Multi-dimensional analyses have been expected with expanding computation resources for gas-liquid two-phase flow. We recently developed models for bubble turbulent diffusion and bubble diameter to predict the phase distribution by a multi-dimensional two-fluid model. This study was performed to verify our model. The verification was performed using databases under diameter; 9 mm to 155 mm, pressure; atmospheric to 4.9 MPa, flow rate; superficial gas velocity = 0.01 to 5.5 m/s and superficial liquid one = 0.0 to 4.3 m/s, fluid combination; air-water or steam-water. Through the assessments, our model was found to be applicable to the wide range of flow conditions including the effect of pipe diameter. The shape of phase distribution and the average void fraction are predicted well qualitatively and quantitatively. Since the model is established using the ratio of bubble diameter to eddy size as a key-parameter, the ratio is one of important parameters to develop the constitutive equations in the multi-dimensional two-fluid model.