Validation of a two-phase Lattice Boltzmann Method with local mesh refinement for gas entrainment simulation in fast reactors

高速炉ガス巻込みシミュレーションのための局所細分化格子を用いた二相格子ボルツマン法の検証

Sitompul, Y.  ; 杉原 健太 ; 渡辺 勢也*; 井戸村 泰宏   

Sitompul, Y.; Sugihara, Kenta; Watanabe, Seiya*; Idomura, Yasuhiro

自由表面渦によるガス巻込みは、安全性と効率に影響を及ぼす可能性があるため、高速炉設計における重要な課題である。この問題に対処するためには数値シミュレーションが不可欠であるが、従来の手法では必要な効率と精度が得られないことが多い。このような限界に対処するため、本研究では、計算効率と複雑な流れの解析精度に優れた格子ボルツマン法(LBM)を検討する。われわれは、計算時間を大幅に短縮しながらシミュレーション精度を向上させるために、局所細分化格子(LMR)法を適用した二相LBMを開発し、検証した。その結果は実験データとよく一致し、この手法が将来の高速炉設計において効率的で信頼性の高いガス巻込み解析を可能にする可能性を示している。

Gas entrainment caused by free-surface vortices is a significant challenge in fast reactor design, as it can impact safety and efficiency. Numerical simulations are essential for addressing this issue, but conventional methods often lack the required efficiency and accuracy. To tackle these limitations, this study explores the Lattice Boltzmann Method (LBM), renowned for its computational efficiency and ability to model complex flow phenomena. We develop and validate a two-phase LBM enhanced with local mesh refinement (LMR) to improve simulation accuracy while drastically reducing computational time. The results strongly agree with experimental data, demonstrating the method's potential for efficient and reliable gas entrainment analysis in future fast reactor designs.