Numerical diffusion in multi-dimensional thermal-hydraulic analysis, (1). Numerical diffusion and upwind differencing scheme
Creators
- 1. Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp., Oarai, Ibaraki (Japan). Oarai Engineering Center
Description
The paper examines the effect of numerical diffusion on multi-dimensional thermal-hydraulic analysis using three differencing schemes of convective terms in the transport equation, namely, (i) upwind differencing scheme, (ii) partial donor differencing scheme and (iii) skew upwind differencing scheme. Scheme (iii) were proposed to eliminate the numerical diffusion from which Scheme (i) suffers in a flow field with convective dominance and streamline-to-computational grid skewness. Five basic numerical tests, including momentum and scalar transport test problems in simple geometries, are carried out and predicted results with these schemes are compared. Through the tests it is confirmed that (1) Schemes (i) and (ii) produce serious diffusion for a case with the flow which cuts a computational grid with a large angle, (2) Scheme (iii) is effective for the case and (3) none of the schemes can give satisfactory results in a transient test. (author)
Availability note (English)
Available from DOI: https://doi.org/10.3327/jaesj.28.444Abstract (Japanese)
非圧縮性多次元流動現象の数値計算は、計算手法の発達、簡易プログラムの公表等によって、工学分野への応用が広く行われるようになってきた。多次元流動計算が比較的低コストで、しかも容易に実行できる背景には、数値計算法の面からいえば、輸送方程式中の対流項の離散化法として最も広く使用されている風上差分法の役割が大きい。風上差分法では、解の振動・発散がなく安定に高レイノルズ数まで計算が可能である。しかし、空間に関して1次オーダの精度しかもたないことから生ずる数値計算上の打切り誤差のため、従来より風上差分法の使用の是非をめぐって大きな議論の対象となっている。この打切り誤差は輪送方程式中の拡散項に付加するかたちで生ずるため、Numerical diffusion (false diffusion)(以後、数値拡散)と呼ばれる。計算上、物理現象としての拡散に対し、数値拡散が卓越した場合、実現象と異なった解を出す恐れがある。特に近年、乱流の取扱いにおいて、k-ε 2方程式モデル等の詳細なモデルが、工学分野への応用として使われ始めている状況下では、数値拡散が乱流拡散効果を隠し、乱流モデル自体を無意味にしかねない。本研究は、この数値拡散につき、多次元熱流動解析における効果を具体的に明らかにし、基本原因である対流項の各種離散化手法を検討し、工学分野への応用として有効な手法を評価することを目的としている。本報では、風上差分法の使用における数値拡散の挙動を、各種数値実験を行い、数値拡散防止法のひとつであるskew upwind法による解と対比することによって明らかにした。(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, (1).数値拡散と風上差分法
Identifiers
- DOI
- 10.3327/jaesj.28.444;
Publishing Information
- Journal Title
- Nippon Genshiryoku Gakkai-Shi
- Journal Volume
- 28
- Journal Issue
- 5
- Journal Page Range
- p. 444-454
- ISSN
- 0004-7120
- CODEN
- NGEGAL
INIS
- Country of Publication
- Japan
- Country of Input or Organization
- Japan
- INIS RN
- 54003888
- Subject category
- S37: INORGANIC, ORGANIC, PHYSICAL AND ANALYTICAL CHEMISTRY;
- Descriptors DEI
- ALGORITHMS; BENCHMARKS; COMPARATIVE EVALUATIONS; DIFFUSION; FINITE DIFFERENCE METHOD; FLUID FLOW; HEAT TRANSFER; HYDRAULICS; REYNOLDS NUMBER; TWO-DIMENSIONAL CALCULATIONS
- Descriptors DEC
- CALCULATION METHODS; DIMENSIONLESS NUMBERS; ENERGY TRANSFER; EVALUATION; FLUID MECHANICS; ITERATIVE METHODS; MATHEMATICAL LOGIC; MATHEMATICAL SOLUTIONS; MECHANICS; NUMERICAL SOLUTION
Optional Information
- Notes
- This record replaces 18041814