Numerical diffusion in multi-dimensional thermal-hydraulic analysis, (2). Comparison of higher order differencing schemes
Creators
- 1. Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp., Oarai, Ibaraki (Japan). Oarai Engineering Center
Description
Various higher order differencing schemes for the convection terms in transport equations are investigated through basic numerical experiments in two-dimensional flow fields. The numerical schemes examined include the first order upwind, the second order upwind, the third order upwind, the QUICK, the QUICK-FRAM and the modified EXQUISITE schemes. In the numerical experiments, four test problems including steady-state and transient phenomena are calculated using these schemes. From the comparisons among the calculated results, following results are obtained: (1) The third order upwind and the QUICK schemes minimize numerical diffusion. (2) These schemes, however, suffer from unrealistic numerical wiggles locally and the wiggles often degrade their solutions. (3) The QUICK-FRAM and the modified EXQUISITE schemes can suppress the numerical wiggles without the marked degradation of the performance of the QUICK scheme for the numerical diffusion. (author)
Availability note (English)
Available from DOI: https://doi.org/10.3327/jaesj.29.823Abstract (Japanese)
ここ数年来、多次元熱流動解析に各種乱流モデルを使用することが一般化しつつある。この場合、現象シミュレーションの高精度化を図るためには、Navier-Stokes方程式やエネルギー保存式の対流項の離散化によって発生する数値拡散を、乱流モデルが予測する物理的拡散に比べて十分小さく抑えることが重要である。対流項の離散化法として最も一般的で広く使用されている1次風上差分法を、対流が支配的な流れ場に適用すると、数値拡散のため解の劣化が著しくなること、したがって時間、空間に関し、高次の正確度をもつ差分法を検討する必要があることを前報で指摘した。高次差分法を有限差分法の範囲に限って検討すると、一般的なテーラ展開あるいはコントロール・ボリューム法を基本とした差分近似のほかに、特性曲線法を応用した対流差分法やCompact Difference法等が注目される。Violletらの対流差分法は、3次の正確度をもつ内挿法によって数値拡散を防止し、陽解法にもかかわらず時間増分に関しクーラン制限を受けない特徴を有する。またCompactDifference法は、空間メッシュ分割数を増加させることなく、高精度化が達成できる長所を持っている。しかし本報で検討するのは、現状の多次元解析コードで最も広く使われているテーラ展開あるいはコントロール・ボリューム法による差分近似に基づく高次差分法に限定する。本報では、数値的に比較的安定な風上差分系列から高次差分法を選び、3種類の基本手法とこれらを基本にした2種類の応用手法の計5手法を検討する。5種類の高次差分法は、2次風上差分法、3次風上差分法、QUICK法の3基本手法と、新たに提案するQUICK法にFRAM法を併用する手法(本報ではQUICK-FRAM法と呼ぶ)およびEXQUISITE法を著者が修正改良した修正EXQUISITE法の2応用手法である。QUICK-FRAM法と修正EXQUISITE法は、高次差分法でしばしば問題となる局所的数値振動を抑制することを目的として検討に加えた。前報と同様、単純な2次元対流拡散流れ場での数値実験を行い、上記5高次差分法と基準手法としての1次風上差分法の結果の精度と安定性を比較検討し、数値拡散防止に有効で、原子炉内熱流動評価等の工学的応用に有力な対流項離散化手法を求める。(著者)Additional details
Additional titles
- Original title (Japanese)
- 多次元伝熱流動計算における数値拡散, (2).高次差分法の検討
Identifiers
- DOI
- 10.3327/jaesj.29.823;
Publishing Information
- Journal Title
- Nippon Genshiryoku Gakkai-Shi
- Journal Volume
- 29
- Journal Issue
- 9
- Journal Page Range
- p. 823-833
- ISSN
- 0004-7120
- CODEN
- NGEGAL
INIS
- Country of Publication
- Japan
- Country of Input or Organization
- Japan
- INIS RN
- 54003970
- Subject category
- S37: INORGANIC, ORGANIC, PHYSICAL AND ANALYTICAL CHEMISTRY;
- Descriptors DEI
- CONVECTION; DIFFUSION; FINITE DIFFERENCE METHOD; HYDRODYNAMICS; THERMODYNAMICS; TURBULENT FLOW; TWO-DIMENSIONAL CALCULATIONS
- Descriptors DEC
- CALCULATION METHODS; ENERGY TRANSFER; FLUID FLOW; FLUID MECHANICS; HEAT TRANSFER; ITERATIVE METHODS; MASS TRANSFER; MATHEMATICAL SOLUTIONS; MECHANICS; NUMERICAL SOLUTION
Optional Information
- Notes
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