Gas entrainment simulation for fast reactors using freesurface lattice Boltzmann method

自由界面流格子ボルツマン法を用いた高速炉のガス巻込みシミュレーション

Sitompul, Y.  ; 杉原 健太 ; 小野寺 直幸   ; 井戸村 泰宏   

Sitompul, Y.; Sugihara, Kenta; Onodera, Naoyuki; Idomura, Yasuhiro

高速炉の設計では、自由表面渦によるガス巻き込み現象を回避することが極めて重要である。数値解析は、これらの現象を理解するための重要な手法の一つである。しかしながら、従来の数値解析手法では計算効率や精度に課題があったため、計算効率と複雑な流れのシミュレーション能力で知られる格子ボルツマン法(LBM)を代替手法として採用する。本研究では、ガス巻込み解析を高速化するために自由表面流LBMを実装し、従来の手法と比較して精度を維持しながら計算コストを大幅に削減した。LBMを用いたシミュレーション結果は実験データとよく一致し、将来の高速炉設計における解析の高速化に有望な手段を提供する。

In fast reactor designs, it is of critical importance to avoid gas entrainment phenomena due to free-surface vortices. Numerical analysis is one of the key methods to understand these phenomena. However, the challenges in computational efficiency and accuracy of the previous numerical methods lead to exploring the Lattice Boltzmann method (LBM) as an alternative, known for its computational efficiency and capability in simulating complex flows. In this study, we implement free-surface LBM to accelerate gas entrainment analysis, significantly reducing computational costs while maintaining accuracy compared to traditional methods. Simulation results using LBM align well with experimental data, offering a promising avenue for faster analysis in future fast reactor designs.