基于界面跟踪与两流体模型的耦合模型对金属液柱碎化的数值模拟

来源：核动力工程杂志2017年第3期北京时间：

作者：钟明君, 周月善, 林萌, 熊进标, 杨燕华

单位：1. 上海交通大学核科学与工程学院, 上海, 200240;；2. 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室, 成都, 610213；

摘要：针对熔融物与冷却剂相互作用(FCI)过程中多尺度相界面共存的复杂流型,将基于流体体积法(VOF)的界面跟踪模型与两流体模型耦合在一套统一的数值求解框架下,得到一个新的多相流数值模型,可以模拟大尺度界面流体与小尺度界面流体共存的复杂多相流过程。该模型中,对于动量场,流体根据界面尺度分为连续相和离散相。连续相界面通过VOF/PLIC方法进行捕捉,离散相表面积浓度分布通过表面积输运方程模拟。耦合模型的控制方程通过MCBA-SIMPLE算法求解。使用该模型对金属液柱的流动和碎化过程进行模拟,并与实验观测结果进行对比,同时还对液柱碎化速率模型和金属液滴初始直径的影响进行了探讨。结果表明:原液柱碎化模型对液柱贯穿深度有所高估;金属液滴初始直径的选择将对熔融物的冷却效率造成显著影响。

关键词：数值模拟, 多相流, 耦合模型, 液柱碎化

基金资助：国家科技重大专项资助(2011ZX06004-024,2011ZX06004-008)