Calculations of Boiling Two-Phase Flow Using a Porous Media Model

Abstract

Boiling two-phase flow and the equations governing the motion of fluid in two-phase flows are discussed in this thesis. Disposition of the governing equations in three-dimensional complex geometries is considered from the perspective of the porous medium concept. The equations governing motion in two-phase flows were formulated, discretized and implemented in a subroutine for pressure-velocity solution utilizing the SIMPLE algorithm modified for two-phase flow. The subroutine was included in PORFLO, which is a three-dimensional 5-equation porous media model developed at VTT by Jaakko Miettinen. The development of two-phase flow and the resulting void fraction distribution was predicted in a geometry resembling a section of BWR fuel bundle in a couple of test cases using PORFLO.

Tässä työssä tarkastellaan kiehuvaa kaksifaasivirtausta, sitä hallitsevia yhtälöitä ja niiden asettelua kolmiulotteisessa laskenta-alueessa porositeettimallin kannalta. Kaksifaasivirtauksen paineen ja nopeuden ratkaisuun vaadittavat yhtälöt formuloitiin ja diskretoitiin, minkä jälkeen SIMPLE-algoritmiin perustuva paine- ja nopeuskentän ratkaiseva aliohjelma ohjelmoitiin ja liitettiin PORFLO-ohjelmaan. Testitapauksissa kaksifaasivirtauksen syntyä ja kehittymistä simuloitiin kiehutusvesireaktorin polttoainenipun osaa vastaavassa geometriassa PORFLO-ohjelmalla. PORFLO on Jaakko Miettisen VTT:llä kehittämä kolmiulotteinen viisisäilymisyhtälöinen porositeettimalli.