Evaluation of interface capturing schemes of VOF method through application to bubble flows with single orifice

単孔気泡流への適用を通したVOF法の界面捕獲スキームの評価

福田 貴斉 ; 山下 晋   ; 吉田 啓之  

Fukuda, Takanari; Yamashita, Susumu; Yoshida, Hiroyuki

VOF法は移流界面を含む混相流解析に最も広く適用されているCFDの一種であり、高精度なVOF値の移流のために数多くの「界面捕獲スキーム」が開発されている。しかし、これらのスキームの性能は典型的に、空間的に規則的な速度場が時間固定された限られた数値問題に対してのみ評価されており、原子炉内の気液二相流などのより現実的で複雑な条件に対してこれらのスキームの性能を評価する研究はほとんど実施されていない。そこで本研究では、比較的近年開発されたTHINCおよびTHINC/WLICという界面捕捉スキームを用いて気泡流の3次元解析を実施し、その結果を、炉内ボイド率分布に影響するような気泡の数、体積、軌跡といったより工学的な指標を用いて評価する。これらの比較の結果は、界面捕獲スキームの選択によってはVOF値が著しく拡散し、気泡が数値的に分裂・消散する可能性を示した。

The VOF method is a type of CFDs that is most widely applied to multiphase flow analysis involving advective interfaces, and several interface-capturing schemes have been developed for an accurate advection of VOF values. However, the performance of these schemes has typically been evaluated only for limited numerical problems where velocity fields are spatially orderly and fixed in time. Few studies have been conducted to evaluate the performance of these schemes for more realistic and complex conditions, such as gas-liquid two-phase flows in nuclear reactors. Therefore, in this study, three-dimensional analysis of bubble flows has been conducted using the interface-capturing schemes of THINC and THINC/WLIC, which have been developed relatively recently. Evaluation is performed using more engineering indicators such as the number, volume, and trajectory of bubbles, which can influence the void fraction distribution in reactor cores. The results of these comparisons showed that the VOF value could be significantly diffused, leading to numerical brake-up and dissipation of the bubbles, with the influence of interface-capturing scheme.