Effect of turbulent dissipation on the dynamics of dam break flow

ダム崩壊流れにおける乱流散逸の効果

鵜沢 憲; 渡辺 正*

Uzawa, Ken; Watanabe, Tadashi*

使用済燃料プールのスロッシングに起因する機器構造物の異常事象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溢水量や流体圧力値の正確な把握が求められる。このためには、これまでプールの形状等に依存する実験的な経験値(減衰定数)で置き換えられてきた内部構造物や水面の近傍での乱れ(乱流)によるエネルギー散逸を定量的に評価する必要がある。そこでわれわれは、エネルギー散逸をより機構論的に評価可能とするため、スロッシングの素過程であるダム崩壊現象を対象とした数値シミュレーションを実施し、乱流モデルの有効性を検証している。本研究では、RANS乱流モデルにおける運動エネルギーの保存式を導出し、運動エネルギーに対する圧力項と重力項、乱流粘性散逸項の寄与をRANS乱流モデル間で比較した。その結果、乱流粘性散逸項の寄与のみがモデルに依存し、ダム崩壊流の挙動の支配要因であることがわかった。また、レイノルズ応力モデルと比較して渦粘性モデルでは乱流粘性散逸を過大評価し圧力を過小評価するために実験圧力値と乖離することを明らかにした。

To prevent anomalous events of equipment and structures in a spent fuel pool from occurring, it is essential to comprehend overflow of water and fluid pressure caused by sloshing. For this purpose, it is necessary to quantitatively evaluate turbulent dissipation near water surface and inner structures instead of an empirical value which depends on size of each pool. Therefore, we test the efficacy of turbulence models by performing numerical simulation of dam break phenomenon as an elementary process of a sloshing to evaluate turbulent dissipation based on action mechanism. In this research, we derived a conservation equation of turbulent kinetic energy of RANS models and compared contributions of pressure, gravity and turbulent dissipation terms to the kinetic energy. As a result, we demonstrated that turbulent dissipation term is a predominant factor on the dynamics of dam break flow and turbulent dissipation is overestimated in eddy viscosity model.