Modeling of free surface vortex with realistic downward velocity distribution

適切な下降流速分布を有する自由液面渦モデル

伊藤 啓; 江連 俊樹 ; 大野 修司  ; 上出 英樹 

Ito, Kei; Ezure, Toshiki; Ohno, Shuji; Kamide, Hideki

ナトリウム冷却高速炉において、自由液面渦はガス巻込みを生じさせる要因の1つと考えられている。本研究では、現実的な下降流速分布を有する自由液面渦モデルの提案を行う。本モデルは、軸対称Navier-Stokes方程式に基づいて構築されるが、従来のBurgersモデルなどと異なり、下降流速の分布が考慮されている。モデルの検証として、円筒容器内準定常渦の評価を行ったところ、構築したモデルは実験結果と良い一致を示した。また、Burgersモデルに基づく従来の評価手法でも、下降流速勾配を適切に評価できれば本モデルに近い結果が得られることがわかった。

A free surface vortex is considered as one of important phenomena which may cause gas entrainment (GE) in sodium-cooled fast reactors. In this study, a new theoretical vortex model with realistic downward velocity distribution is proposed. This model is derived from the axisymmetric Navier-Stokes equation as well as the Burgers model, but the downward velocity distribution is considered. As the verification, the new model is applied to the evaluation of a simple vortex experiment, and shows good agreements with the experimental data in terms of the free surface shape. In addition, it is confirmed that the Burgers vortex model can gives similar results to the new vortex model when the downward velocity gradient is calculated appropriately.