Benchmark exercise for multi-dimensional thermohydraulic analysis codes; Buoyancy driven penetration flow phenomena and thermal stratification

多次元熱流動解析コードの国際ベンチマーク; 浮力による潜り込み現象と温度成層化現象について

上出 英樹 ; 家田 芳明 ; 小林 順 ; 二ノ方 壽

Kamide, Hideki; Ieda, Yoshiaki; Kobayashi, Jun; Ninokata, Hisashi

高速炉の熱流動の分野においてベンチマーク実験を行ない、これに対する多次元熱流動解析コードの国際ベンチマークを実施した。合計12種類の熱流動解析手法が、浮力による潜り込み現象並びに温度成層化現象を対象とするベンチマークに適用された。解析手法として有限差分法、有限要素法、及びその乱流モデル、対流項の高次差分解法の現象に対する適用性を検討した、有限差分法では乱流モデルと高次差分法を組み合わせた手法が高い適用性を示した。また、有限要素法についても乱流モデルの重要性が明かとなった。解析手法の検討を通して潜り込み現象、温度成層化現象を解析する上で、低乱流状態で浮力の影響を受ける混合対流条件下の流れに対する乱流モデルの開発が重要であることが示された。なお、本ベンチマークは国際水理学会(IAHR)の第7回新型炉熱流動ワーキンググループの会合(1992年8月、於ドイツ、カールスルーエ)のために準備したものである。

A benchmark exercise for multi-dimensional thermohydralinc codes was carried out related to natural convection decay heat removal in liquid metal-cooled fast breeder reactors. A total of twelve computational methods were applied to the benchmark problem which simulated mixed forced and buoyancy driven penetration flow and thermal stratification phenomena. The applicability of turbulence models and higher order schemes of convection terms, was examined, and a combined method incorporating a higher order scheme and a turbulence model was found to be highly effective among the group of finite difference methods. The importance of turbulence models was also recognized for the finite element method. Development of a turbulence model applicable to the mixed convection flow regime was also discussed.