圧力-表面張力の適切なバランスを考慮した高精度VOF法の開発と高速炉ガス巻込み現象への適用

Formulation of high-precision volume-of-fluid method establishing appropriate balance between pressure and surface tension and its application to gas entrainment phenomena in fast breeder reactors

伊藤 啓; 功刀 資彰*; 大島 宏之; 河村 拓己*

Ito, Kei; Kunugi, Tomoaki*; Ohshima, Hiroyuki; Kawamura, Takumi*

高速炉におけるガス巻込み現象を直接評価することを目的として、高精度Volume-of-fluid法に基づく数値解析手法の研究を行っている。ガス巻込みの解析においては複雑な体系形状を正確に模擬することが必要であるため、本研究では、非構造格子を用いて解析領域の分割を行っている。本論文では、高精度Volume-of-fluid法における各計算手順の、非構造格子系での定式化に関する概要を述べる。加えて、表面張力計算手法の概要に関しても記述する。さらに、気液界面近傍の速度分布に関する非物理的挙動が、圧力勾配の不適切な定式化によって誘起されることを示し、圧力と表面張力の正しい釣合いを考慮した適切な定式化を導出する。開発した解析手法は、ガス巻込み基礎実験を対象として検証を行い、解析結果において、実験と同様のメカニズムでガス巻込みが発生することを明らかにした。

To evaluate directly gas entrainment phenomena in fast reactors, a numerical simulation method based on a high-precision volume-of-fluid (VOF) methodology have been studied. Unstructured meshes to subdivide simulation domains have been employed and formulations of each calculation procedure in the high-precision VOF methodology on unstructured meshes are briefly presented. Calculation procedures of surface tension forces are also presented. In addition, unphysical behaviors of velocity distributions near gas-liquid interface induced by inappropriate formulation of pressure gradient are addressed and an appropriate formulation is presented considering proper balance conditions between pressure and surface tension forces. Finally, the improved simulation method is applied to the basic GE experiment. The simulation results show that the GE phenomena occur in the same mechanism with the experimental results.