表面張力を伴う混相流に対する堅牢かつ高精度なMPSソルバーの開発

Development of accurate and robust MPS solver for multiphase flow with surface tension

Wang, Z. ; 松本 俊慶 ; 柴本 泰照 

Wang, Z.; Matsumoto, Toshinori; Shibamoto, Yasuteru

原子炉事故時の気液界面を有する熱流動解析に粒子法(MPS)の適用が検討されている。気液界面の変形を伴う流れでは界面での表面張力に伴う圧力項の補正を行う必要があり、MPSにおいてもいくつかの手法が提案されているが、表面張力は表面の形状(曲率)の関数であるため、界面形状の離散近似に伴う非物理的な数値流れ(spurious current)が常に問題になる。本手法では、連続体モデル(CSF)に基づき、圧力のポアソン方程式の圧力項に表面張力によるジャンプを直接組み込むことで離散化を安定化させ、spurious currentを大幅に削減することに成功した。さらに、界面形状の平滑化のため新しいparticle shiftingスキームも開発した。本手法を、液滴自励振動や気泡の上昇及び衝突の問題に適用し、理論解や他の計算手法の結果と比較し、良い一致を得た。

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