基于JFNK的两流体三流场两相流模型的全隐算法研究

摘要

目前以两流体三流场两相流模型为数学模型的核反应堆安全分析程序大都采用半隐数值算法,数值稳定性受声速库伦特值的影响。少数以两流体三流场模型和全隐数值算法为基础的程序,采用经典牛顿迭代法求解,雅克比矩阵形成具有一定的难度。为了改善数值算法的稳定性且避免书写雅克比矩阵,一种无需形成雅克比矩阵的牛顿-Krylov迭代法(Jacobian-free Newton-Krylov,JFNK)被用于两相流全隐数值算法。两流体三流场两相流模型分别对汽相、液相和液滴相建立守恒方程,使用基于交错网格和有限体积差分全隐式离散守恒方程,线性方程组使用JFNK算法求解,当相缺失时,给缺失相一个很小的份额,以解决使用三流场模型计算单相、两相两流场时遇到的数值问题。程序模拟了Ransom水龙头数值基准题、过冷沸腾实验和Dryout传热实验,以验证了数值处理的可行性、数值算法的精度以及程序计算单相、单相到两相过渡以及两相流型之间过渡的可行性和模型计算精度。结果表明:数值算法精度较高,在从单相水、泡状流、弹状流、环雾流、弥散流等流型过渡时都表现得很好。