Development of a simplified boiling model applied for large-scale detailed two-phase flow simulations based on the VOF method

VOF法に基づく詳細二相流シミュレーションによる大規模シミュレーションに適用する簡易沸騰モデルの開発

小野 綾子 ; 坂下 弘人*; 山下 晋   ; 鈴木 貴行*; 吉田 啓之  

Ono, Ayako; Sakashita, Hiroto*; Yamashita, Susumu; Suzuki, Takayuki*; Yoshida, Hiroyuki

原子力機構では、VOF法に基づく詳細二相流解析手法による炉内二相流評価手法の開発を行っており、燃料集合体を対象とした大規模二相流解析に適合する簡易沸騰モデルを開発着手した。簡易沸騰モデルでは、気泡の径や離脱までの時間を知るために、シミュレーションのグリッドサイズ以下となる気泡成長および運動の方程式を解く。一方で、JUPITERは、マイクロメートルオーダー以上の気泡挙動を計算する。本研究では、垂直面での強制対流沸騰が開発した簡易沸騰モデルを用いて解析される。実験データとの比較により、蒸気泡通過時間の流速依存性や熱流束依存性について実験データの傾向をよく説明できる結果となった。

Japan Atomic Energy Agency (JAEA) is developing the evaluation method for a two-phase flow in the reactor core using simulation codes based on the Volume Of Fluid (VOF) method. JAEA started developing a Simplified Boiling Model (SBM) for the large-scale two-phase flow in the fuel assemblies. In the SBM, the motion and growth equations of the bubble are solved to obtain their diameter and time length at the detachment, of which size scale is within/around the calculation grid size of the numerical simulation. JUPITER calculates the bubble behavior with a scale of more than several m. In this study, the convection boiling on a vertical heating surface is simulated using the developed SBM. The comparison between the simulation and experimental results showed good reproducibility of the heat flux and velocity dependency on the passage period of the bubble.