高精度渦流れ計算スキームの開発と検証

Numerical simulation of cavitation by sub-surface vortex; High-precision numerical simulation scheme for vertical flow

伊藤 啓; 功刀 資彰*; 大島 宏之

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

ナトリウム冷却大型高速炉の構造健全性確保の観点から、液中渦によるキャビテーション現象の研究を行っており、その一環として、著者らはキャビテーション現象を高精度に解析できる手法の開発を行っている。本論文では、その第一段階として、高精度渦解析スキームの開発と検証について示す。本スキームでは、速度分布に基づき各セルにおいて液中渦の検出を行い、局所速度分布と整合するように渦速度分布が決定され、この渦速度分布に基づいて運動量の輸送が行われる。基本検証として2次元非粘性渦の減衰問題を解析した結果、従来のスキームと比較して高精度な解が得られることを確認した。

The cavitation due to sub-surface vortex, which can damage structural surfaces of a large-scale sodium-cooled fast reactor in Japan, have been studied. The authors are developing a CFD code to simulate the cavitation accurately. In this paper, as the first part of the development, a high-precision simulation scheme for vortical flows is presented. In this scheme, a vortical flow is identified in each cell and a vortical velocity distribution is determined locally to be consistent with the local velocity distribution. Then, the calculations of momentum transport through cell faces are performed in consideration with the vortical velocity distribution. As a fundamental verification of the developed scheme, inviscid vortex attenuation in two-dimensional domain is simulated. As a result, it is confirmed that the developed scheme can simulate vortical flows more accurately than conventional schemes.