Appropriate formulations for velocity and pressure calculations at gas-liquid interface with collocated variable arrangement

コロケート型変数配置における気液界面での速度及び圧力の適切な定式化

伊藤 啓; 功刀 資彰*

Ito, Kei; Kunugi, Tomoaki*

ナトリウム冷却高速炉のガス巻込み現象を解析するため、非構造格子系における高精度気液二相流数値解析手法の開発を実施している。本研究では、従来の計算アルゴリズムが気液界面において非物理的な挙動を導くことを明らかにし、力学的釣合い条件に基づく物理的に適切な定式化を行った。速度計算に関しては、速度及び運動量を別個に定義することで非物理的挙動を抑制し、圧力計算に関しては、気液界面における圧力と表面張力の釣合いを考慮した定式化を行った。検証として、液中上昇気泡の解析を行い、大きく歪んだ非構造格子においても、各解析条件下において構造格子における解析結果及び実験結果と一致する気泡形状が得られることを確認した。

A high-precision simulation algorithm for gas-liquid two-phase flows on unstructured meshes has been developed to simulate gas entrainment phenomenon in a sodium-cooled fast reactor. In this study, it became clear that unphysical behaviors near gas-liquid interfaces were caused by conventional algorithms. Then, physics-basis considerations were conducted for mechanical balances at gas-liquid interfaces to derive appropriate formulations for velocity and pressure. As the validation test, the rising gas bubble in liquid was simulated by the developed simulation algorithm with the physically appropriate formulations, and the simulated terminal bubble shapes on the structured and highly-distorted unstructured meshes coincided with the experimental data under each simulation condition.