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気液二相流解析ソフトウェア Advance/FrontFlow/MP 解析事例

沸騰・凝縮を伴う気液二相流が精度よく解ける
世界有数の市販ソフトウェア Advance/FrontFlow/MP


【解析事例 1 】 垂直円柱の焼入れ解析: 冷却曲線の評価→Advance/FrontFlow/MP

実験(※1-1)の条件で、沸騰を伴う気液二相流と固体熱伝導の連成シミュレーション結果。構成方程式を適切に扱うことにより、固体の冷却曲線の実験値を再現することができます。

1) 気液混合流の流動解析: 気泡領域形成の評価

(※1-1) 山田, タカシ; 茂地, 徹; 桃木, 悟; 金丸, 邦彦,有限長の垂直円柱まわりの過渡膜沸騰熱伝達に関する研究(第1報) :実験,長崎大学工学部研究報告 Vol.28(51) p.139-142, 1998.

2) メッシュ




本解析でわかったこと

本解析では、焼入れ過程における固体の冷却曲線の実験結果を再現することができました。また、液相速度、気相速度、ボイド率、固体速度、液相温度の時間変化を解析することができました。


【解析事例 2 】 気液混合流の流動解析: 気泡領域形成の評価→Advance/FrontFlow/MP

原子炉(高温高圧自然循環炉)容器内の燃料集合上部ノズル部における気泡発生過程のシミュレーション結果。下側から上側への流れで、並列流路孔(速度の高い部分)からの噴流により気泡が集中している領域が形成されていることがわかります。

1) 気液混合流の流動解析: 気泡領域形成の評価

本解析でわかったこと

本解析では、気泡形成領域を再現することができ、実測では分析の難しい流速分布と気泡形成領域との関係が明らかになりました。


【解析事例 3 】 沸騰流の流動解析: 沸騰挙動の詳細評価→Advance/FrontFlow/MP

沸騰水型原子炉圧力容器内の燃料集合体における沸騰を伴う高温水のシミュレーション結果。下側から上側への流れで、水蒸気が発生してボイド率(気体の体積割合)が上昇していることがわかります。

2) 沸騰流の流動解析: 水蒸気発生量の評価


2) 沸騰流の流動解析: 水蒸気発生量の評価

本解析でわかったこと

本解析では、実寸大試験の結果(平均水蒸気体積割合)を再現することができました。


【解析事例 4 】 気泡塔の流動解析: ボイド率および速度分布の評価→Advance/FrontFlow/MP

気泡塔(気液反応装置)における底面からの気体流入のシミュレーション結果。気相体積割合と液相速度の実験値(※4-1)をよく再現していることがわかります。

3) 沸騰流の流動解析: 水蒸気発生量の評価


3) 沸騰流の流動解析: 水蒸気発生量の評価

(※4-1) J.H.Hills, Trans.Instn.Chem.Engrs, Vol52,1971,pp1-9

本解析でわかったこと

本解析では、気泡塔内における気相体積割合と液相速度分布に関して、実験結果とよく一致する結果が得られました。


【解析事例 5 】 Advance/FrontFlow/MPによる波が砕ける場合を含めたスロッシング解析の検証Advance/FrontFlow/MP

初期状態から20秒まで、気体体積割合の時間変化の計算結果を下図に示します。青色は液体単相、赤色は気体単相、中間色は混相を示します。液相と気相が6秒で入れ替わり、約20秒後に定常に達する論文の結果を再現しています。

3,813節点格子&時間刻み5.e-3秒の結果


計算格子図 節点:31(横)×41(縦)×3(奥行)
節点数:3,813
横方向の格子幅:5cm
縦方向の格子幅:5cm

本解析でわかったこと

OKAMOTOらのスロッシング実験による検証結果から、計算結果は実験結果の周期と振幅を再現し、界面形状を滑らかに、界面幅を保持して計算できています。

波が砕ける解析の検証結果から、液相と気相が6秒で入れ替わり、約20秒後に定常に達する論文の結果を再現しています。

Advance/FrontFlow/MPの二流体モデルは、波が砕ける場合を含めてスロッシング解析に適用できます。


Advance/FrontFlow/MP & Advance/FrontFlow/red(VOF法)
大規模系の混相流問題に特化したAdvance/FrontFlow/MP 界面の微細構造の解析に特化したAdvance/FrontFlow/red(VOF法)


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