Evaluation of interface capturing schemes for two-phase flow in a rod bundle

ロッドバンドル内気液二相流における界面捕獲手法の評価

福田 貴斉 ; 上澤 伸一郎  ; 山下 晋   

Fukuda, Takanari; Uesawa, Shinichiro; Yamashita, Susumu

BWR炉心を想定したロッドバンドル体系における気液二相流を、異なる界面捕獲スキーム(ICS)を用いたVOF法により解析し、その結果を比較評価した。シミュレーション結果は、高速度カメラとワイヤーメッシュセンサー測定による実験データとの間で定性的及び定量的に比較評価された。その結果、すべてのICSは実験データとある程度の一致を示したものの、THINC/WLICではVOF値が体系内で拡散する課題が改めて確認された。一方、著者らにより開発されたTHINC/AWLICはTHINC/WLICのVOF拡散を改善し、より理論解に近いICSであるPLICのボイド率予測を概ね再現することがわかった。ただし、シミュレーションにおける気泡間の非物理的結合は、いずれのICSを用いても依然として課題であり、特に、実際には気泡結合がほとんど発生しない低気相流量下においては、手法の抜本的な検討が必要である。

A comparative study was conducted on three interface capturing schemes (ICSs) of the VOF method: THINC/WLIC, THINC/AWLIC, and PLIC for simulating gas-liquid two-phase flow in a BWR reactor core. The simulations in a rod bundle geometry were compared qualitatively and quantitatively with experimental data obtained with a high-speed camera and wire mesh sensors. The results showed that the all ICSs yielded reasonable agreements with experimental data, but THINC/WLIC had a significant issue in which the VOF value diffuses and dissipates over the simulation geometry. THINC/AWLIC, developed by the authors, improved the VOF diffusion issue of the THINC/WLIC and predicted the void fraction close to that of the highly accurate ICS of PLIC, despite its simpler algorithm. However, the numerical bubble coalescence was still an issue, particularly at low gas flow rates, which calls for further research to refine the simulation results to better reflect actual bubble behavior.