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報告書

格子ボルツマン法による水平層状二相流の界面成長及び変形の数値解析

海老原 健一

JAERI-Research 2005-004, 121 Pages, 2005/03

JAERI-Research-2005-004.pdf:19.79MB

本報告書は、まず、格子ガス法及び格子ボルツマン法の二相流体モデルの二相流シミュレーションへの適用妥当性及び有用性を検討した。その結果に基づき、格子ボルツマン法の二相流体モデルであるHCZモデルを、基本的かつ重要な二相流流動様式の1つである水平層状二相流のシミュレーションへ適用した。その結果、HCZモデルの界面は、Kelvin-Helmholtz不安定性を満足することが確認された。またTaitelとDuklerの理論的流動様式線図(T-D線図)の界面成長に関する曲線が再現された。さらに、幅が狭い流路では、流れの三次元性の影響が顕著となり、T-D線図が与える以上の低密度相のみかけ流速が界面成長に必要であることが明らかとなった。次に、より複雑な界面現象を伴う液滴発生のシミュレーションを行い、Ishii-Grolmesの実験相関式を、実験データの分布範囲において、再現できることがわかった。

論文

格子ボルツマン法による水平層状二相流の界面成長及び変形に関する研究

海老原 健一

筑波大学大学院システム情報工学研究科博士学位論文, 134 Pages, 2004/09

本論文では、格子法の気液モデルの有用性を検討し、さらに格子ボルツマン法気液モデル(HCZモデル)を、格子ボルツマン法の適用例が見られていない水平層状二相流の三次元シミュレーションへ適用した。その結果、以下のことが明らかになった。(1)HCZモデルによってシミュレーションされる二相界面が、Kelvin-Helmholtz不安定性理論を、二次元及び三次元の場合について満足することがわかった。(2)矩形断面流路中の界面成長シミュレーションにおいて、界面成長と流動状態の関係が、理論的考察によって得られるTaitelとDuklerの流動様式線図を再現できることがわかった。(3)流路幅が異なる場合の界面成長シミュレーションによって、流路幅が狭くなった時、流れの三次元性の影響が顕著となり、界面成長に必要な低密度相の流量が、理論的流動様式線図から得られる値より大きくなることが明らかとなった。(4)界面成長より複雑な界面現象を示す液滴発生シミュレーションにおいて、液滴発生とその時の流動状態の関係が、IshiiとGrolmesによって提案された実験相関式を、ほぼ再現できることがわかった。

論文

格子ボルツマン法による矩形断面流路における水平層状二相流の界面成長に対する流路幅の影響の評価

海老原 健一; 渡辺 正

日本機械学会論文集,B, 70(694), p.1393 - 1399, 2004/06

一成分二相格子ボルツマン法によって、その幅が高さより狭い矩形断面流路内における水平層状二相流のシミュレーションを行った。3種類の異なる流路幅の場合について、二相間の界面成長を測定した。さらに二相流動を特徴付ける無次元数を測定し、それらと界面成長との関係とTaitelとDuklerによって提案された流動様式線図とを比較した。流路幅が狭くなるに従い、シミュレーションにより得られた界面の成長・非成長の境界が大きくなることがわかった。

論文

Improvement of TRAC-PFl interfacial drag model for analysis of high-pressure horizontally-stratified two-phase flow

浅香 英明; 久木田 豊; 安濃田 良成; 中村 秀夫; 田坂 完二

Journal of Nuclear Science and Technology, 28(1), p.33 - 44, 1991/01

PWR小破断LOCA時において、水平配管内二相流の成層化現象は、一次系内の熱水力挙動に大きな影響を及ぼす。TRAC-PF1/DOD1コードは、この成層化現象を予測するための相関式が備わっている。しかし、そのモデルは、PWRの小破断LOCA条件と異なり、小口径・低圧条件下の実験に基づいている。ROSA-IV/TPTFにより大口径・高圧条件下の二相流動実験が実施された。本実験をTRACコードにより解析し、同コードの流動様式判定基準及び相間摩擦モデルの評価を行った。その結果、TRACコードに使用されているTaitel-Duklerモデルの蒸気流速項を相対速度項に置き換えることにより流動様式の予測性能は、著しく改善されることが示された。また、TRACコードの層状流相間摩擦係数は過大であり、これを現在使用されている値の1/2とすることにより妥当な計算結果が得られることが準定量的に示された。

論文

Characteristics of countercurrent gas-liquid two-phase flow in vertical tubes

山口 勝治*; 山崎 彌三郎

Journal of Nuclear Science and Technology, 19(12), p.985 - 996, 1982/00

 被引用回数:39 パーセンタイル:94.78(Nuclear Science & Technology)

管径40mm及び80mmの垂直管内の空気-水対向ニ相流のフローパタンとボイド率を測定した。フローパタンは観察によって決定しフローマップに示した。スウグ流領域が広い範囲を占めている。ボイド率は急速遮蔽弁によって測定した。ボイド率のデータと今迄の文献に見られるものとを併せ、無次元整理式にまとめた。ボイド率についてはドリフトフラックスモデルとも比較を行った。気液対向ニ相流の知見は原子炉のLOCA-ECCS解析で必要とされるが、これまで広範囲にわたる実験値は得られていなかったものである。

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