Study on gas entrainment evaluation method at free liquid surface; Application study of adaptive mesh refinement method on unsteady wake vortex analysis

自由液面におけるガス巻込み現象の評価手法についての研究; 非定常後流渦解析へのAdaptive Mesh Refinement法の適用性検討

Alzahrani, H.*; 松下 健太郎  ; 堺 公明*; 江連 俊樹 ; 田中 正暁  

Alzahrani, H.*; Matsushita, Kentaro; Sakai, Takaaki*; Ezure, Toshiki; Tanaka, Masaaki

ナトリウム冷却高速炉(SFR)において、炉上部プレナム内自由液面部に生じるくぼみ渦によるカバーガス巻込み現象が、SFRの安全設計上の課題となることから、渦によるガス巻込み現象の評価手法の開発が求められている。日本原子力研究開発機構において、3次元CFD解析によって得られた流速分布から渦の存在を予測する評価手法の整備を進められており、3次元CFD解析の効率化の観点から自由液面部の解析メッシュへのAdaptive Mesh Refinement(AMR)法の適用が検討されている。本研究では、詳細化の基準指標として、速度勾配テンソルの第二不変量Q0のみの基準指標、およびQ0に圧力勾配条件を加えた基準指標について検討し結果を比較した。垂直平板の存在する非定常後流渦の体系へAMR法を適用した結果、Q0のみの基準指標と比較し、Q0に圧力勾配条件を加えた基準指標では平板周辺のよどみ領域付近のメッシュが詳細化された。詳細化されたメッシュで過渡解析を実施したところ、Q0に圧力勾配条件を加えた指標基準による詳細化で得られたメッシュにおける解析結果は、平板付近の圧力分布についてリファレンスとなる一様詳細メッシュの結果と近い分布となった。

Development of evaluation method for cover gas entrainment (GE) by vortices generated at free surface in upper plenum of sodium-cooled fast reactor (SFR) is required. An evaluation method by predicting vortices from flow velocity distribution obtained by 3D CFD analysis is developed, and Adaptive Mesh Refinement (AMR) method is examined to improve efficiency of CFD analysis is examined. In this study, mesh refinement with two conditions were examined. The first one is to use negative second invariant of velocity gradient tensor, Q, and the second one is to use pressure gradient condition with Q0. As a result of applying AMR method to unsteady vortices system with a flat plate, the mesh near stagnation area around flat plate was refined in the latter condition compared with the former. Transient analyses were performed with refined mesh by AMR method, the result of mesh using the latter condition was closer to the result of all refined mesh with pressure distribution near flat plate.