圧縮性気液二相流に対する保存則に基づく多次元sharp-interface法の開発

Development of multi-dimensional sharp-interface method based on conservation law for liquid-gas two-phase compressible fluid simulations

神谷 朋宏 ; 吉田 啓之  

Kamiya, Tomohiro; Yoshida, Hiroyuki

原子力発電所において事故時に炉心が溶融した時に発生することが懸念される蒸気爆発をシミュレーションするため、圧縮性気液二相流における保存則を満足するsharp-interface法を開発した。前回の発表では、一次元衝撃波問題を用いて開発手法を検証した結果について報告したが、本発表では、多次元における手法概要と検証結果について報告する。ghost-fluid法は気液界面にまたがる差分を回避できるため、それに起因する界面での数値拡散が生じない。本来、界面はセルを横切るため液体と気体が共存するセルが現れるが、そのようなセルを用意しないため、保存則を満たすことができない。そこで、VOF法によって液体と気体が共存するセルを用意することで、保存則を満たすghost-fluid法を開発した。本手法における仮想流体の値は共存セルと純粋セル(気体または液体のみで占められるセル)の相互作用を見積もった結果を反映している。多次元の基礎式の時間発展は幾何学的VOF法の一つであるスプリット法を導入して解いた。検証問題として、水中爆発問題を解析し、保存則を満たしつつ気泡の膨張や圧縮波の伝播といった蒸気爆発で現れる現象を再現できた。

We developed a sharp-interface method satisfying a conservation law for a compressible two-phase flow. In this presentation, the outline and numerical test results of the developed method in multi-dimension were reported. The ghost fluid method does not cause numerical diffusion at a gas-liquid interface because difference between gas and liquid phases is avoided. It cannot satisfy the conservation law because cells in which liquid and gas coexist are not prepared although in fact an interface crosses a cell. Hence, we developed the ghost fluid method satisfying a conservation law by preparing cells in which liquid and gas coexist by VOF method. Multi-dimensional basic equations are solved by a split method which is one of the geometric VOF methods. We solved an underwater explosion problem and confirmed that gas bubble expansion and compressible wave propagation which are observed in the steam explosion can be represented and developed method satisfies the conservation law.