日経サイエンス連載！ 可視化の最前線

◆入選◆ 気液2相流の流動様式シミュレーションの可視化 ● 山本雄一（やまもと・ゆういち） 　 東芝アドバンストシステム　解析技術部 ● 白川典幸（しらかわ・のりゆき） 　 東芝　原子力技術研究所 ● 堀江 英樹（ほりえ・ひでき） 　 東芝　原子力技術研究所 　著者らの目的は，原子力プラントにおいて2相流を用いる機器を対象として「流動様式の計算」に適した手法を開発することである。気液2相流を精度よく扱うためには，相変化や，気液間の運動量交換を支配する気液境界面積と，これを決定する流動様式を適切に評価することが重要となる。従来手法では流動様式は実験式に基づいて決定されるため流路形状に対する汎用性に問題があった。 　近年，自由表面や液体の液滴への分裂を扱うのに適した粒子法が開発されてきた。粒子法は，粒子の相互作用範囲を表す重み関数でナヴィエ・ストークス方程式を表現し，計算メッシュを用いないため複雑形状への適用性に優れている。これまで開発したコードにより，自由表面を有する液体の挙動，2 つの混合しない液体の挙動等とともに，2 相流の流動様式が計算できるようになった。すなわち，実験式を用いることなく 2 相流の計算ができることを示した。 　粒子法では，計算結果は粒子の大きさと位置で表現されるが（図1），実際には連続体として表現する方が適切である。とくに，3次元計算では粒子表現による可視化で物理現象を理解することは困難である。このため，計算領域全体に仮に正方格子を与え（図2），各格子点において，相互作用範囲に存在する（例えば気体）粒子からの寄与を，重み関数を積分することにより数密度として与えた。これにより全ての格子点に粒子の存在割合を表す数密度が与えられるので，その一定値面を AVS で描かせた（図 3）。図 1では流体の挙動としては判別することが困難であるが，ここで述べた手法により，図 3のように気液2 相チャンネル流れの挙動を容易に捉えることができ，ダイナミックな物理現象を把握できる可視化を実現した。