Physics-basis simulation of bubble pinch-off

渦による気泡巻込み現象の物理シミュレーション

伊藤 啓; 小泉 安郎*; 大島 宏之; 河村 拓己*

Ito, Kei; Koizumi, Yasuo*; Ohshima, Hiroyuki; Kawamura, Takumi*

近年、過酷事故時の燃料溶融などの複雑現象を評価するため、高精度数値解析モデルの開発が進められている。著者らも、高速炉におけるガス巻込み現象評価のために、高精度界面追跡法に基づく数値解析コードの開発を進めている。評価対象のガス巻込み現象は渦流れによって誘起され、渦中心線に沿った自由界面の窪みとその先端から発生する気泡離脱によって特徴付けられる。この現象を解析するため、気液界面の動的変形挙動や界面における圧力条件や表面張力に関して物理的考察に基づく解析モデル開発を行っており、基本検証問題によって解析精度を確認している。本研究では、ガス巻込み基礎実験における気泡巻込み現象を対象とした解析を行うことで、解析コードの検証を実施する。解析の結果、実験結果と同様の気泡巻込み流量が得られており、解析による高速炉ガス巻込み現象評価の妥当性が示されている。

The authors are developing a high-precision CFD code with an interface tracking method to simulate the gas entrainment (GE) phenomena in sodium-cooled fast reactors (SFRs), which might be caused by a highly-intensified free surface vortex. The GE in SFRs is characterized by an elongated interfacial dent along the vortex core and the bubble pinch-off at the tip of the dent. To simulate this complicated phenomenon, our simulation code has physics-basis algorithms which model accurately the interfacial dynamic behavior, the pressure jump condition at an interface and the surface tension. Several verification problems have been already solved and the accuracy of each individual algorithm is confirmed. In this paper, a basic experiment of the GE is simulated to validate the developed code. The simulation result of the entrained flow rate shows comparable value to the experimental data, that is, our simulation code is considered applicable to the evaluation of the GE in SFRs.