FBR熱流動数値解析を対象とした汎用数値流体計算コードの精度検証; 単相流多次元熱流動コード検証用標準問題への適用

• Material Type: 文書・図像類
• Title: FBR熱流動数値解析を対象とした汎用数値流体計算コードの精度検証; 単相流多次元熱流動コード検証用標準問題への適用
• Author/Editor: 岡野 靖
• Author Heading: 岡野 靖
• Publication Date: 2003-03
• Publication Date (W3CDTF): 2003-03
• Alternative Title: Evaluation on numerical simulation accuracy of the commercial CFD program for FBR thermal-hydraulic conditions and applications; Single phase multi-dimensional thermal -hydraulic evaluation problems
• Periodical title: JNC TN9400 2003-018
• Text Language Code: jpn
• Target Audience: 一般
• Note (General): 汎用数値流体計算コードは、その操作性・高速性から、今後FBR分野でも利用機会が増加すると考えられる。本報告書は、汎用計算コードFluentに対し、FBR熱流動数値解析上必要とされる計算精度・汎用性の有無を確認するため、単相多次元熱流動コード検証用標準問題への適用を図り、その解析結果を既存コードのものと比較及び詳細検討したものである。 検証解析問題は、日本原子力学会により過去纏められた「原子力における熱流動数値解析技術の高度化」を参照した。具体的には、層流ステップ流れ、乱流ステップ流れ、矩形内回転流れの温度分布(対流項評価問題)、正方形内自然対流、三次元容器内乱流を解析した。この際、標準計算条件に加えて、Fluentの有する多様な計算手法を包括するよう解析条件を設定し、計算精度の総合的な比較が行えるよう留意した。 標準問題適用により確認したFluentの計算手法・精度上の主な特徴は、以下の通りである。 I)対流項スキームは、1次風上法、Power-Law法、2次(三点後退)風上法、Quick法の順に精度向上し、各精度自体は既存コードと同程度である。特にQuickスキームに関しては、対流項評価問題で通常顕著となるオーバー・アンダーシュートが見られず、安定性指向の強いフィルタリングが採用されている、2次中心差分法はLES乱流モデルでのみ使用可能であるが、メッシュ解像度が低い場合、計算不安定(圧力場の時間的振動、速度場の空間的振動)の要因となる。 II)乱流モデルはk-$\epsilon$(標準、RNG、Realizable)、k-$\omega$(標準、SST)、RSM(標準、Quadratic)の何れの場合も、非平衡性・圧力分布を考慮した改良壁関数の使用が精度・安定性上必須である。付着点位置・流速分布の計算結果は、; Commercial computational fluid dynamic program is taken up to be employed for nuclear thermal-hydraulic applications due to the advantages in high-speed solution and easy-to-use operation. The principal objective of this report is evaluating the numerical simulation accuracy of the Fluent, on single-phase multi-dimensional thermal hydraulic problems. The evaluation problems are: (1)Laminar flow over a backward-facing step, (2)Turbulent flowover a backward-facing step, (3)Temperature of a inner rectangular rotating flow, (4)Thermal-driven natural convection flow in a square cavity, and (5)Turbulent flow in a cubic cavity, those were selected in supposing nuclear reactor thermal-hydraulic conditions by the technical committee of the Japan atomic energy society. The features on numerical method and accuracy of the Fluent being identified are: (1)Spatial differential schemes forconvection term: 1$^{st}$ upwind, power-law, 2$^{nd}$ upwind, and Quick, upgrade the numerical accuracy in this order. Each scheme has the same accuracy as of the existing referenced numerical results. Quick scheme employs numerical stability oriented filtering so that no over- or under-shoots are observed. Yet, 2$^{nd}$ central differential scheme -used in large eddy simulation (LES)- leads numerical instability (i.e. temporal oscillation in pressure, and spatial wavering in velocity typically when we deal with in low, resolution domains. (2)Turbulent models: (Standard, RNG, Realizable) k-$\varepsilon$, (Standard, SST) k-$\omega$, and, (Standard, Quadratic) RST, necessitate to involve non-equilibrium wall function to take numerical accuracy and stability. The Fluent evaluations on re-attaching points and velocity distributions show nearly the same as -and on several counts more accurate than- those of the existing reference results. The LES turbulent model can be used only for 3-D simulations. (3)The evaluations of thermal-driven natural convection flow, which is one of the heat ...
• Source: /JNC-TN9400-2003-018.pdf （fulltext）; https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/JNC-TN9400-2003-018.pdf
• Access Restrictions: 限定公開
• Data Provider (Database): 国立情報学研究所 : 学術機関リポジトリデータベース（IRDB）（機関リポジトリ）; https://irdb.nii.ac.jp
• Original Data Provider (Database): 日本原子力研究開発機構 : JOPSS:JAEA Originated Papers Searching System

• Summary, etc.: 汎用数値流体計算コードは、その操作性・高速性から、今後FBR分野でも利用機会が増加すると考えられる。本報告書は、汎用計算コードFluentに対し、FBR熱流動数値解析上必要とされる計算精度・汎用性の有無を確認するため、単相多次元熱流動コード検証用標準問題への適用を図り、その解析結果を既存コードのもの...