Development and validation of unstructured adaptive mesh technique for gas-liquid two-phase flows

気液二相流解析における非構造解適合格子の開発と検証

伊藤 啓; 功刀 資彰*; 大島 宏之

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

ナトリウム冷却炉におけるガス巻込み現象の直接解析を目的として、高精度気液二相流数値解析手法の開発を行っている。ガス巻込み現象を再現するためには、(1)体系形状依存性,(2)界面の動的挙動及び3局所性に関する検討が必須であり、(1)及び(2)に対しては、非構造格子の採用及び高精度界面追跡法の開発を実施している。加えて、(3)に関しては、局所的なガス巻込み発生領域に対して自動的に詳細格子を形成する非構造解適合格子の開発を実施しており、単相流解析においては渦流れを少ない計算コストで高精度に再現できることを確認している。本研究では、非構造解適合格子を気液二相流に拡張するため、気液二相流における保存法則に基づいて物理量のセル間再配分手法を開発した。Slotted-disk回転問題及びDam-break問題を対象として検証を行った結果、非構造解適合格子を用いることによって、比較的少ないセル数にもかかわらず1回転後もSlotted-disk形状をよく保ち、また、Dam-break問題における界面の動的挙動を高解像度で解析することができた。

For the purpose of direct numerical simulations of gas entrainment (GE) phenomenon in sodium-cooled fast reactors, a high-precision numerical simulation method for gas-liquid two-phase flows have been developed. To reproduce the GE phenomenon, the locality of the GE phenomenon has been addressed by developing an unstructured adaptive mesh technique by which high mesh resolutions can automatically applied transiently to the occurrence regions of the GE phenomenon. In this paper, the unstructured adaptive mesh technique was extended to two-phase flows. For that purpose, the redistribution algorithms for two-phase flow variables were developed based on the conservation laws of the variables. The unstructured adaptive mesh technique was validated by solving the well-known slotted-disk revolution and dam-break problems. As a result, the adaptive mesh technique succeeds in maintaining the slotted-disk shape after one revolution and resolving the dynamic dam-breaking behavior.