液中渦キャビテーションの数値解析モデルに関する検討

Development of vortex cavitation model for numerical simulation

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の安全設計クライテリア構築において、液中渦キャビテーションの防止が重要な課題の1つである。著者らは、液中渦キャビテーションの発生条件を正確に予測できる高精度気液二相流素謡解析手法の開発を行っており、その一環として、本研究では、軸対称非定常Navier-Stokes(N-S)方程式に基づく液中渦キャビテーションモデルの構築を行う。本モデルは、N-S方程式の近似解に基づいて渦流れの速度場・圧力場を計算し、さらに界面での力学的境界条件に基づいてキャビテーション半径を決定する。モデルの基礎的検証を行うことにより、キャビテーション発生の有無による周方向速度分布の変化について明らかにし、また、表面張力の影響について検討を行う。

The prevention of vortex cavitation is one of key factors in the safety design criteria for sodium-cooled fast reactors. The authors are developing high-precision numerical simulation algorithms for submerged vortical flows to investigate the onset condition of the vortex cavitation. In this paper, an unsteady vortex cavitation model is presented, which is derived from the axisymmetric unsteady Navier-Stokes (N-S) equation. This model employs an approximate solution of the N-S equation to calculate the velocity and pressure distributions, and the cavitating radius is determined on the basis of the mechanical boundary condition on a gas-liquid interface. As a basic test, circumferential velocity distributions are compared between the cases with and without the cavitation model. The result shows that the peak velocity becomes lower by the occurrence of the cavitation. In addition, the effect of the surface tension is also examined in this paper.