Evaluation of interface capturing schemes of VOF method through application to bubble flow with single orifice

単孔気泡流への適用を通したVOF法の界面捕獲スキームの評価

福田 貴斉 ; 山下 晋   ; 吉田 啓之  

Fukuda, Takanari; Yamashita, Susumu; Yoshida, Hiroyuki

この研究では、VOF法に基づく多相流シミュレーションの3つの界面捕捉スキーム(PLIC法、オリジナルTHINC法、THINC/WLIC法)を、気泡体積の保存に焦点を当てて比較検討した。単一気泡流と単孔連続気泡流の解析の結果により、THINC/WLIC法は著しいVOF拡散を示し総気泡体積を過小評価したのに対し、オリジナルTHINC法とPLIC法は気泡の体積を保存することがわかった。また、新しい視覚化アプローチに基づく分析により、THINC/WLIC法ではVOF値の一部が界面周辺のせん断力によって「引き剥がされ」てしまうことが明らかになり、同法は沸騰水型原子炉等での正確なボイド率の予測には適していないことを示した。一方、オリジナルTHINC法は、気泡体積保存の観点では、高い精度で知られるPLIC法の実装が困難である際の代替手法として有効であることが示された。

This study compared three interface capturing schemes (ICSs) for multi-phase flow simulations based on the VOF method, focusing on bubble volume conservation. The THINC/WLIC scheme showed significant VOF diffusion and underestimated total bubble volume, while the original THINC and PLIC conserved bubble volumes. Moreover, an analysis of THINC/WLIC based on a new visualization approach revealed that VOF fragments were ripped off by shear forces around interface, making it unsuitable for accurate void fraction prediction in boiling water reactors. The original THINC may be a viable alternative to PLIC due to its simplicity.