Direct numerical simulation of gas entrainment from free-surface

自由液面からのガス巻込み現象の直接数値解析

功刀 資彰*; 河原 全作*; 小瀬 裕男*; 伊藤 啓; 堺 公明

Kunugi, Tomoaki*; Kawara, Zensaku*; Ose, Yasuo*; Ito, Kei; Sakai, Takaaki

従来の設計と比較して、コンパクト化・高冷却材流速化したFBRを設計するために、原子炉内の冷却材自由液面において生じ、ホットレグ配管を通じて熱交換器に気泡を導く可能性のあるカバーガスの巻込みについて、その発生基準を明確化する必要がある。ガス巻込みを生じる流動形態として、くぼみ渦,潜り込み及び液面の乱れ、の3つが存在すると考えられている。本研究では、くぼみ渦によるガス巻込み現象を評価するため、MARS法(Multi-interfaces Advection and Reconstruction Solver)を用いて、非定常渦流れによるガス巻込み実験を対象とした直接数値解析を実施した。本論文では、くぼみ渦によるガス巻込み現象発生の予測に対する直接数値解析手法の適用性が述べられる。

In order to design the compact FBR with higher coolant velocity compared to the conventional reactor designs, it is necessary to clarify a criterion of a cover gas entrainment (GE) from the free-surface of the coolant pool in the reactor vessel to the heat exchanger through the hot leg. Three flow regimes are considered as the GE phenomena: a vortex dimple, a waterfall and a surface disturbance. In this study, to evaluate the GE vortex phenomena: especially for the vortex dimple, the DNS based on the MARS (Multi-interfaces Advection and Reconstruction Solver (Kunugi, 2001)) were performed for simulating the unsteady vortex-shedding experiment accompanied with the GE phenomena (Okamoto et al., 2004). The applicability of the present DNS to predict the onset of the GE vortex phenomena is discussed.