Benchmark simulation code for the thermal-hydraulics design tool of the accelerator-driven system; Validation and benchmark simulation of flow behavior around the beam window

加速器駆動システムの熱流動設計ツールに対するベンチマークシミュレーションコードの開発; ビーム窓周りの流動挙動の検証とベンチマークシミュレーション

山下 晋   ; 近藤 奈央  ; 菅原 隆徳  ; 文字 秀明*; 吉田 啓之  

Yamashita, Susumu; Kondo, Nao; Sugawara, Takanori; Monji, Hideaki*; Yoshida, Hiroyuki

本稿では、ANSYS FluentのRANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes)モデルに基づくADS (Accelerator-Driven System)のビーム窓(BW)周りの熱流動設計ツールの有効性を確認するために、詳細熱流動コードJUPITER (JAEA Utility Program for Interdisciplinary Thermal-hydraulics Engineering and Research)を用いたベンチマークシミュレーションコードの構築を行った。まず、JUPITERの妥当性を確認するために、水中の模擬BWを用いた実験結果とJUPITERの結果を比較した。その結果、数値計算結果は実験結果とよく一致することが確認され、JUPITERはベンチマークコードとしての有効性を有することが示された。また、検証済みのJUPITERを用いたRANS計算のベンチマークシミュレーションを実施し、BW周辺の流速分布や水平方向の平均値などが互いに一致することを確認した。故に、JUPITERは熱流動設計ツールの流体力学ソルバーとしての検証において良好な性能を示すことが確認された。また、FluentはADSの熱流動設計ツールとして十分な精度を有していることが確認された。

To confirm the validity of the thermal-hydraulics design tool based on the Ansys Fluent, we used a detailed computational fluid dynamics code named JAEA Utility Program for Interdisciplinary Thermal-hydraulics Engineering and Research (JUPITER) for the thermal-hydraulics around the beam window (BW) of the Accelerator-Driven System (ADS). The Fluent uses the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) model and can quickly calculate the turbulent flow around the BW as a BW design tool. At first, we compared the results of JUPITER with the experimental results using a mock-up BW system in water to confirm the validity of JUPITER. As a result, we confirmed that numerical results are in good agreement with the experimental results. Thus, we showed that JUPITER could be used as a benchmark code. We also performed a benchmark simulation for the Fluent calculation using validated JUPITER to show the applicability of JUPITER as an alternative of experiments. As a result, the mean values around the BW agreed with each other, e.g., the mean velocity profile for stream and horizontal directions. Therefore, we confirmed that JUPITER showed a good performance in validating the thermal-hydraulics design tool as a fluid dynamics solver. Moreover, Fluent has enough accuracy as a thermal-hydraulics design tool for the ADS.