円柱周りの気液二相流流動構造の数値解析

Numerical analysis of air-water two-phase flow around a circular cylinder

大貫 晃; 赤松 幹夫*; 秋本 肇

Onuki, Akira; Akamatsu, Mikio*; Akimoto, Hajime

計算資源の拡大に伴い、燃料集合体のような複雑形状での気液二相流解析を多次元で行うことが期待されるようになってきた。日本原子力研究所では形状効果を解析するため、三次元二流体モデルをベースとする数値解析手法を開発している。本研究では二流体モデルコードACE-3Dに一般曲線座標系解析機能を導入し、水平に置かれた円柱周りの空気-水二相流を解析した。実験で見られた円柱後流の渦への気相の集中、渦強度の時間的な変動が計算され、両現象が気泡に働く抗力、並びに圧力場に影響された気泡の慣性との相対的な関係に依存することを明らかにした。

Multi-dimensional analyses have been expected with expanding computation resources for gas-liquid two-phase flow in a complex geometry such as fuel rod bundles. Japan Atomic Energy Research Institute is developing a numerical analytical method for the geometry effect, which is based on three-dimensional two-fluid model. In this study, a general curvilinear coordinate system was introduced to the two-fluid model code ACE-3D and air-water two-phase flow around a circular cylinder was analyzed. The present method predicts an air concentration to vortex regions behind the cylinder and a temporal fluctuation of vortex intensity; these two phenomena have been observed in experiments. It is clarified that the phenomena depend on a relative relationship between the drag force and the inertia of bubbles due to pressure fields.