한국전산유체공학회 2003년도 The Fifth Asian Computational Fluid Dynamics Conference
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pp.181-182
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2003
A preconditioned numerical method for gas-liquid to-phase flow is applied to solve cavitating flow. The present method employs a density based finite-difference method of dual time-stepping integration procedure and Roe's flux difference splitting approximation with MUSCL-TVD scheme. A homogeneous equilibrium cavitation model is used. The method permits simple treatment of the whole gas-liquid two-phase flow field including wave propagation, large density changes and incompressible flow characteristics at low Mach number. By this method, two-dimensional internal flows through a venturi tuve and decelerating cascades are computed and discussed.
The two-fluid model is widely used to describe two-phase flows in complex systems such as nuclear reactors. Although the two-phase flow was successfully simulated, the standard two-fluid model suffers from an ill-posed nature. There are several remedies for the ill-posedness of the one-dimensional (1D) two-fluid model; among those, artificial viscosity is the focus of this study. Some previous works added artificial diffusion terms to both mass and momentum equations to render the two-fluid model well-posed and demonstrated that this method provided a numerically converging model. However, they did not consider mass conservation, which is crucial for analyzing a closed reactor system. In fact, the total mass is not conserved in the previous models. This study improves the artificial viscosity model such that the 1D incompressible two-fluid model is well-posed, and the total mass is conserved. The water faucet and Kelvin-Helmholtz instability flows were simulated to test the effect of the proposed artificial viscosity model. The results indicate that the proposed artificial viscosity model effectively remedies the ill-posedness of the two-fluid model while maintaining a negligible total mass error.
이 연구는 PWR를 모의한 2루프장치에서 1차냉각재의 재고량 및 비응축성가스가 단상 및 이상 자연순환에 미치는 영향을 실험적으로 조사하고져 한 것이다. 실험장치는 U튜브를 가진 2개의 열교환기로 구성되었다. 일련의 실험을 통하여 다음 사실을 확인하였다. 이상 자연순환의 유량은 1차 냉각재 재고량의 크기에 크게 의존한다. 본 실험에서는 이상 자연순환을 유지하기 위해서는 1차 냉각재 재고량의 수위가 노즐 중심선을 유지해야 함을 알게 되었다. 비응축성 가스의 존재는 단상 자연순환을 정지시킬 수 있으며 그러나 이상 자연순환에는 큰 영향을 주지 않는다.
An analytical model that includes the steam condensation effect has been derived and a parametric study has been performed. In addition, a series of experiments were performed and a total of 34 experimental data for the onset of CCFL in nearly horizontal countercurrent two-phase How have been obtained for various flow rates of water. Comparisons of the present CCFL data with slug formation models show that the agreement between the present as well as the existing model and the data is about the same. However, the deviation between the Taitel and Dukler's model predictions and the data is the largest when if j$_{f}$<0.04 m/s. A parametric study of the effect of the steam condensation using the present model shows that, when all local conditions are similar, the model predicted local gas velocities that cause the onset of flooding are slightly lower when condensation occurred. Based on the visual observation and the evaluation of the present work, it has been concluded that the criterion derived for the onset of slug flow can be directly used to predict the onset of inner flooding in nearly horizontal two-phase flow within the experimental ranges of the present work.
A correct understanding of vibration-based degradation is crucial from the standpoint of maintenance for Steam Generators (SG) as crucial mechanical equipment in nuclear power plants. This study has established a novel approach to developing a model for investigating tube bundle degradation according to crack growth caused by two-phase Flow-Induced Vibration (FIV). An important step in the approach is to calculate the two-phase flow field parameters between the SG tube bundles in various zones using the porous media model to determine the velocity and vapor volume fraction. Afterward, to determine the vibration properties of the tube bundles, the Fluid-Solid Interaction (FSI) analysis is performed in eighteen thermal-hydraulic zones. Tube bundle degradation based on crack growth using the sixteen most probable initial cracks and within each SG thermal-hydraulic zone is performed to calculate useful lifetime. Large Eddy Simulation (LES) model, Paris law, and Wiener process model are considered to model the turbulent crossflow around the tube bundles, simulation of elliptical crack growth due to the vibration characteristics, and estimation of SG tube bundles degradation, respectively. The analysis shows that the tube deforms most noticeably in the zone with the highest velocity. As a result, cracks propagate more quickly in the tube with a higher height. In all simulations based on different initial crack sizes, it was observed that zone 16 experiences the greatest deformation and, subsequently, the fastest degradation, with a velocity and vapor volume fraction of 0.5 m/s and 0.4, respectively.
RoeM and AUSMPW+ schemes are two of the most accurate and efficient schemes which are recently developed for the analysis of single phase gas dynamics. In this paper, we developed two-phase versions of these schemes for the analysis of gas-liquid large density ratio two-phase flow. We adopt homogeneous equilibrium model (HEM) using mass fraction to describe different two phases. In the Eulerian-Eulerian framework, HEM assumes dynamic and thermal equilibrium of the two phases in the same computational mesh. From the mixture equation of state (EOS), we derived new shock-discontinuity sensing term (SDST), which is commonly used in RoeM and AUSMPW+ for the stable numerical flux calculation. The proposed two-phase versions of RoeM and AUSMPW+ schemes are applied on several air-water two-phase test problems. In spite of the large discrepancy of material properties such as density, enthalpy, and speed of sound, the numerical results show that both schemes provide very satisfactory solutions.
난류 유동장으로 분사되는 두가지 형태의 액체 제트 (수평분사는 디젤연료와 수직분사는 물)의 액주 분열과 미립화 현상에 관한 이상(Two-phase) 유동에 대해 3차원 LES 수치해석을 수행하였다. 기체상태의 공기 유동은 오일러리안 해법을 사용하고, 액체 제트의 액적 추적은 라그랑지안 해법을 사용하여 기체-액체간 이상유동 해석을 수행하였다. 두 종류의 확률론적 분열 모델(Stochastic breakup model)을 사용하여 액적 분열을 모사하였으며, 액체제트의 침투깊이와 액적 분포(Sauter Mean Diameter)를 실험결과와 비교하여 미세하게 분열되는 액체 제트의 분열 현상에 대해 확률론적 분열 모델링의 적합성을 제시하였다.
The cavitating flow simulation is of practical importance for many engineering systems, such as pump, turbine, nozzle, Infector, etc. In the present work, a solver for two-phase flows has been developed and applied to simulate the cavitating flows past hydrofoils. The governing equation is the two-phase Navier-Stokes equation, comprised of the continuity equation of liquid and vapor phase. The momentum and energy equation is in the mixture phase. The solver employs an implicit, dual time, preconditioned algorithm using finite difference scheme in curvilinear coordinates. An experimental data and other numerical data were compared with the present results to validate the present solver. It is concluded that the present numerical code has successfully accounted for two-phase Navier-Stokes model of cavitation flow.
For the analysis of transient two-phase flows in nuclear reactor components, a three-dimensional thermal hydraulics code, named CUPID, has been developed. The CUPID code adopts a two-fluid, three-field model for two-phase flows, and the governing equations were solved over unstructured grids, which are very useful for the analysis of flows in complicated geometries. To obtain numerical solutions, the semi-implicit numerical method for the REALP5 code was modified for an application to unstructured grids, and it has been further improved for enhanced accuracy and fast running. For the verification of the CUPID code, a set of conceptual problems and experiments were simulated. This paper presents the flow model, the numerical solution method, and the results of the preliminary assessment.
A three-dimensional (3D) unstructured hydrodynamic solver for transient two-phase flows has been developed for a 3D component of a nuclear system code and a component-scale analysis tool. A two-fluid three-field model is used for the two-phase flows. The three fields represent a continuous liquid, an entrained liquid, and a vapour field. An unstructured grid is adopted for realistic simulations of the flows in a complicated geometry. The semi-implicit ICE (Implicit Continuous-fluid Eulerian) numerical scheme has been applied to the unstructured non-staggered grid. This paper presents the numerical method and the preliminary results of the calculations. The results show that the modified numerical scheme is robust and predicts the phase change and the flow transitions due to boiling and flashing very well.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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