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福田 貴斉; 山下 晋; 吉田 啓之
Proceedings of 14th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics, Operation, and Safety (NUTHOS-14) (Internet), 12 Pages, 2024/08
VOF法は移流界面を含む混相流解析に最も広く適用されているCFDの一種であり、高精度なVOF値の移流のために数多くの「界面捕獲スキーム」が開発されている。しかし、これらのスキームの性能は典型的に、空間的に規則的な速度場が時間固定された限られた数値問題に対してのみ評価されており、原子炉内の気液二相流などのより現実的で複雑な条件に対してこれらのスキームの性能を評価する研究はほとんど実施されていない。そこで本研究では、比較的近年開発されたTHINCおよびTHINC/WLICという界面捕捉スキームを用いて気泡流の3次元解析を実施し、その結果を、炉内ボイド率分布に影響するような気泡の数、体積、軌跡といったより工学的な指標を用いて評価する。これらの比較の結果は、界面捕獲スキームの選択によってはVOF値が著しく拡散し、気泡が数値的に分裂・消散する可能性を示した。
小野 綾子; 山下 晋; 鈴木 貴行*; 吉田 啓之
Proceedings of 19th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-19) (Internet), 16 Pages, 2022/03
原子力機構では、軽水炉燃料の安全性評価において必須である限界熱流束の評価において、新型燃料設計にかかわる大型モックアップ試験によるコストの削減や、想定外事象に対応するためにモックアップ試験の試験範囲よりも幅広い範囲において、限界熱流束を機構論に基づき評価する研究に着手している。本研究では、機構論的流動解析手法であるJUPITERを用いて、スワールベーンおよびスプリットベーン付きの燃料集合体内の国際ベンチマーク問題を対象とした単相流解析および同体系における二相流解析を実施し、各種ベーンによる流動場および気泡挙動に与える効果、解析における課題の抽出を行った結果を報告する。
岡垣 百合亜; 与能本 泰介; 石垣 将宏; 廣瀬 意育
Fluids (Internet), 6(2), p.80_1 - 80_17, 2021/02
Many thermohydraulic issues about the safety of light water reactors are related to complicated two-phase flow phenomena. In these phenomena, computational fluid dynamics (CFD) analysis using the volume of fluid (VOF) method causes numerical diffusion generated by the first-order upwind scheme used in the convection term of the volume fraction equation. Thus, in this study, we focused on an interface compression (IC) method for such a VOF approach; this technique prevents numerical diffusion issues and maintains boundedness and conservation with negative diffusion. First, on a sufficiently high mesh resolution and without the IC method, the validation process was considered by comparing the amplitude growth of the interfacial wave between a two-dimensional gas sheet and a quiescent liquid using the linear theory. The disturbance growth rates were consistent with the linear theory, and the validation process was considered appropriate. Then, this validation process confirmed the effects of the IC method on numerical diffusion, and we derived the optimum value of the IC coefficient, which is the parameter that controls the numerical diffusion.
4 simulated bundle小野 綾子; 山下 晋; 鈴木 貴行*; 吉田 啓之
Mechanical Engineering Journal (Internet), 7(3), p.19-00583_1 - 19-00583_12, 2020/06
原子力機構では、過渡事象における詳細な炉内出力分布の予測を行うことにより燃料設計最適化や安全性向上を図ることを目的とし、3次元詳細核熱カップリングコードの開発に着手している。その中で、熱流動評価を行うコードの候補の一つとしてVOF法に基づいた詳細熱流動解析コードJUPITERを炉内二相流挙動解析のために適用することを検討している。本研究では、軽水炉燃料集合体を模した44バンドル体系において、機構論的流動解析手法であるJUPITERを用いて二相流動の解析を実施し、既存に報告されているバンドル内気液二相流の可視化研究やボイド率計測結果をもとに、解析手法の妥当性の検討、および課題の抽出を行った。
佐郷 ひろみ*; 山本 智彦; 宮崎 真之; 田中 正暁; 横井 忍*; 山根 勇馬*; 西脇 良典*; 森田 英之*; 岩崎 晃久*; 池末 俊一*; et al.
no journal, ,
原子力発電施設の耐震性の向上を目的として、設計用基準地震動が見直されている。薄肉構造を志向している高速炉においては、機器の耐震性を確保するため免震の採用を計画している。その場合、水平方向の建屋の周期と円筒容器のスロッシング周期が近接しているためスロッシングによる天井衝突が懸念される。そこで、著者らは、高速炉への適用を目的に、2014年度より非線形スロッシング評価手法の開発を進めてきた。本論文では、評価手法構築の試験データ取得を目的に実施したスロッシング水試験結果、及びVOF法を用いて実施した再現解析の結果について報告する。
福田 貴斉; 上澤 伸一郎; 山下 晋; 吉田 啓之
no journal, ,
Volume-of-Fluid(VOF)法は最も一般的に利用されるCFDである。複数提案されているVOF法の界面捕獲スキームの中でも、PLIC法は幾何学的に最も正確とされるが、アルゴリズムが非常に複雑である欠点がある。一方、THINC/WLIC法は簡便なアルゴリズムを採用しているものの、界面が数値的に拡散する問題がある。これに対し、原子力機構ではTHINC/WLICを改良したTHINC/AWLICを開発し、実装コストと界面の鋭さを両立させた。これらの手法はこれまでに簡易的な数値ベンチマークによって検証されてきたが、実際の複雑な工学課題への有効性はまだ十分に確認されていない。そのため、BWR内の炉心流れへの適用を念頭に、
バンドル体系における気液二相流実験をPLIC、THINC/WLIC、THINC/AWLICで解析し、界面捕獲スキーム間で結果を比較すると共に、実験結果もと比較を実施した。その結果、実装が容易なTHINC/AWLICのボイド率の予測値は、実装が複雑なPLICの予測値とほぼ同一であることが確認できた。また、実験との比較を通し、THINC/AWLICのバンドル二相流のボイド率予測精度は概ね優れていることがわかった。しかしながら、気相流量が低い条件では、実験における気泡同士の結合が限定的であるため、気泡が無条件に結合してしまうVOF法に基づいたシミュレーションは実験結果のボイド率を再現できず、原子炉内二相流解析における今後の重要な課題として同定された。
横井 忍*; 山本 智彦; 宮崎 真之; 田中 正暁; 佐郷 ひろみ*; 森田 英之*; 池末 俊一*; 井上 貴敏*
no journal, ,
原子力発電施設の耐震性の向上を目的として、設計用基準地震動が見直されている。薄肉構造を志向している高速炉においては、機器の耐震性を確保するため免震の採用を計画している。その場合、水平方向の建屋の周期と円筒容器のスロッシング周期が近接しているためスロッシングによる天井衝突が懸念される。そこで、われわれは、高速炉への適用を目的に、2014年度より非線形スロッシング評価手法の開発を進めてきた。本論文では、天井衝突を考慮した数値流体解析を用いて再現解析を行った成果について報告する。
