冷却材温度ゆらぎ現象の解析的評価手法の開発(VIII)モンテカルに直接法コードの開発

Development of analytical model for evaluating temperature fructuation in coolant(VIII); Development of a Monte Carlo direct simulation code THEMIS

村松 壽晴

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サーマルストライピング現象を評価する場合には、時間的に不規則に変動する流体から構造への非定常熱伝達係数を定義する必要がある。しかしながら、このような時間的に不規則に変動する熱輸送挙動を解析的に取り扱うためには、流体中での温度ゆらぎ挙動の時系列評価に直接シミュレーションコードが必要であったように、構造材との相互作用を考慮した流体-構造系を対象とした微視的かつ直接的なアプローチが必要になる。本研究では、分子運動論でのボルツマン方程式をモンテカルロ直接法により解く汎用コードTHEMIS(TIME-DEPENDENT HEAT TRANSFER EVALUATION BY MONTE CARLO DIRECT SIMULATION) を開発して2次元ダクト流れ問題を用いた基本的検証を行い、以下の結果を得た。(1)Kn数を連続流の条件である0.0002とした場合の分子流速分布は、NAVIER-STOKES 方程式による結果と良好な一致を示す。(2)1500個の計算セルを用いた計算において、ベクトル化による加速率(VP-2600) として約12倍が得られた。今後は、温度の異なる流体系での適用性、複雑形状下での適用性などについて検討を進めると共に、実験データを用いた詳細な検証作業を行う予定である。

Thermal striping phenomena are characterized by stationaly random temperature fluctuations and observed in the region immediately above the core exit of LMFBRs due to the interactions of cold and hot sodium. To evaluate the phenomena, it is neccessary to consider a time-dependent heat transfer coefficient to structures from fluid, in the same manner as a evaluation of a stationaly temperature fluctuation in fluid. For this purpose, a computer program THEMIS (Time-dependent Heat transfer Evaluation by Monte Carlo Direct Simulation) has been developed for the thermohydraulic analysis based on the Boltzmann equation. A two-dimensional duct flow problem has been solved to check the fundamental performance of the THEMIS code. The main results are as follows: (1)Axial distribution of molecular velocity U has shown good agreement with the solution of the Navier-Stokes equation under the condition of Kn=0.0002. (2)An acceleration on the VP-2600 vector processor is about 12 times as the VP-2600 scalar processor. Future works of the THEMIS code development are (1)investigation of the applicabilities in a non-isothermal fluid system and in a complex geometry system and (2)verification with detailed experimental results.