格子ボルツマン法による水平層状二相流の界面成長及び変形の数値解析

Numerical analysis of interfacial growth and deformation in horizontal stratified two-phase flow by lattice Boltzmann method

海老原 健一   

Ebihara, Kenichi

本報告書は、まず、格子ガス法及び格子ボルツマン法の二相流体モデルの二相流シミュレーションへの適用妥当性及び有用性を検討した。その結果に基づき、格子ボルツマン法の二相流体モデルであるHCZモデルを、基本的かつ重要な二相流流動様式の1つである水平層状二相流のシミュレーションへ適用した。その結果、HCZモデルの界面は、Kelvin-Helmholtz不安定性を満足することが確認された。またTaitelとDuklerの理論的流動様式線図(T-D線図)の界面成長に関する曲線が再現された。さらに、幅が狭い流路では、流れの三次元性の影響が顕著となり、T-D線図が与える以上の低密度相のみかけ流速が界面成長に必要であることが明らかとなった。次に、より複雑な界面現象を伴う液滴発生のシミュレーションを行い、Ishii-Grolmesの実験相関式を、実験データの分布範囲において、再現できることがわかった。

This report is the JAERI's report version of the doctor thesis by the author. In this report, first, the validity and usefulness of the application of the two-phase fluid model of the lattice-gas method and the lattice Boltzmann method(LBM) are examined. On the basis of the examination, next, the horizontal stratified two-phase flow that is the fundamental and important flow is simulated by the HCZ model which is one of the two-phase fluid model of the LBM. It is seen that the interfacial growth of the HCZ model satisfies the Kelvin-Helmholtz instability theory and reproduces the theoretical two-phase flow regime map of Taitel and Dukler(T-D map). It is found that more superficial flow velocity of the rare phase is necessary in the channel with the narrow width. The HCZ model can also simulate the droplet generation accompanying more complex interfacial phenomena and reproduce the experimental correlation of Ishii and Grolmes in the range of the distribution of the experimental data.