Effects of turbulence near a free surface on the dynamics of two-phase flow

二相流のダイナミクスにおける自由表面近傍の乱流効果

鵜沢 憲; 渡辺 正

Uzawa, Ken; Watanabe, Tadashi

使用済み燃料プールが想定を超える巨大地震動を受けた場合、スロッシングと呼ばれる液面揺動が発生し、プールからの放射性を帯びた水の溢流や、構造物の損傷を引き起こす可能性がある。これらの問題を未然に防止するためには、スロッシングにより発生する波の高さや、流体圧力に対する乱流効果を定量的に評価する必要があるが、その定量的評価はまだ十分には行われていない。そこでわれわれは、スロッシングの素過程としてダム崩壊問題を選定し、レイノルズ平均乱流モデルの一種であるLaunder-Gibson (LG)モデルを用いた数値実験を実施している。これまでに、LGモデルを用いることで、乱流効果を考慮しない場合と比較して、より実験圧力値に近づけることを明らかにしたが、本研究では、より第一原理に近いモデルであるLarge Eddy Simulation(LES)によって同等の結果が得られることを確認した。また、本モデルを矩形プールのスロッシングに適用し、溢水に対して先行研究よりも一桁精度が良い結果を得ることができた。

When a spent fuel pool suffered from a huge seismic acceleration, a sloshing may occur and causes overflow of water and damage of structure. To prevent these phenomena from occurring, effects of turbulence on a sloshing height and fluid pressure on the structure should be taken into account, however they are not fully quantitatively evaluated. Therefore, we have performed numerical simulations of a dam break problem as an elementary process of the sloshing based on the Launder-Gibson (LG) model, which is one of Reynolds-averaged Navier-Stokes equations. Until now, we found that a fluid pressure based on the LG model is in good agreement with experimental fluid pressure. In this research, we have confirmed same results by performing Large Eddy Simulation (LES). We found that the overflow of water is an order of magnitude more accurate than previous work.