Numerical simulation of two-phase critical flow in a convergent-divergent nozzle

収縮-拡大ノズル内二相臨界流の数値シミュレーション

石垣 将宏 ; 渡辺 正; 中村 秀夫  

Ishigaki, Masahiro; Watanabe, Tadashi; Nakamura, Hideo

本研究では、Super Moby Dickノズル(収縮-拡大ノズル)内における相変化を伴う二相臨界流をCFDコードFLUENTにより解析した。質量流量,圧力,ボイド率の計算結果を実験結果と比較することにより解析コードの性能評価を行った。相変化のシミュレーションを行うため、蒸発・凝縮モデルとともにキャビテーションモデルを適用した。管の軸方向の圧力差が小さい場合、質量流量の計算結果は実験結果とよく一致した。一方、圧力差が大きい場合、質量流量を過小評価した。また、壁からの発泡の効果を導入することにより、質量流量の計算結果が大きく改善されることがわかった。

In this research, two-phase critical flow with the phase change in the Super Moby Dick convergent-divergent nozzle is analyzed numerically by the CFD code FLUENT, and we discuss the performance of the numerical code by comparing the mass flow rates, pressure and void fractions by the numerical simulations with those values by the experiments. The cavitation model is applied together with the evaporation-condensation model. The estimations of mass flow rate agree with the experimental results for the low axial pressure difference. On the other hand, the mass flow rates are under-estimated when the axial pressure difference is high. It is found that the mass flow rate is improved much by taking into account the effect of the wall vapor generation.