(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流れ場を分割した複数の区画に対して、入力部から与えられた解析対象の形状データ、熱が出入する熱源領域の範囲、この熱源領域と他領域との境界条件、前記解析対象となる二相流の流速、圧力、エンタルピ並びに密度、粘度および熱伝導率を含む物性値の初期値を含む初期パラメータに基づき、前記二相流の流速、圧力およびエンタルピを計算する流体計算部と、
前記複数の区画に対して、前記流体計算部で算出された二相流の圧力およびエンタルピに基づいて、データ格納領域に格納した前記二相流の質量流量分率を算出する数式情報と、状態方程式の情報とを参照し、前記二相流の質量流量分率を算出する質量流量分率計算部と、
前記複数区画に対して、データ格納領域に格納した状態方程式の情報を参照し、前記二相流を構成する各相の密度、粘度および熱伝導率を含む物性値を得る一方、データ格納領域に格納した前記二相流の物性値を算出する数式情報を参照し、前記二相流を構成する各相の物性値および質量流量分率計算部が算出した前記二相流の質量流量分率に基づいて、前記二相流の密度、粘度および熱伝導率を含む物性値を計算する物性値計算部と、
前記流体計算部が算出した二相流の流速、圧力およびエンタルピと、予め設定された計算終了条件とに基づいて、前記計算終了条件を満足するか否かを判定する計算終了判定部と、
前記解析対象となる全領域を、前記熱源領域から所定範囲内に位置する第１の領域と、前記所定範囲外に位置する第２の領域とに分割し、前記流体計算部、質量流量分率計算部および物性値計算部が前記第１の領域における前記二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値を算出するように構成される一方、
前記第２の領域における前記二相流の流速、圧力、エンタルピおよびボイド率を計算するマクロ流体計算部と、
前記流体計算部が計算する前記第１の領域における前記二相流の流速、圧力およびエンタルピと、前記物性値計算部が計算する前記第１の領域における前記二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値と、データ格納領域に格納した前記二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値と前記二相流のボイド率との関係を規定した情報とに基づいて、前記物性値計算部が計算する前記第１の領域における前記二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値を前記二相流のボイド率へ変換して前記マクロ流体計算部へ与える第１の変換処理部と、
データ格納領域に格納した前記二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値と前記二相流のボイド率との関係を規定した情報を参照し、前記マクロ流体計算部が算出した前記二相流のボイド率を前記二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値へ変換して前記流体計算部へ与える第２の変換処理部と、を具備することを特徴とする二相熱流動解析装置。
【請求項２】
前記二相流は、液相と気相とで構成される気液二相流であることを特徴とする請求項１記載の二相熱流動解析装置。
【請求項３】
前記熱源領域は、前記解析対象となる二相流に外部から熱を受け取る加熱領域であることを特徴とする請求項１又は２記載の二相熱流動解析装置。
【請求項４】
前記二相流は、液相と固相とで構成される固液二相流であることを特徴とする請求項１又は２記載の二相熱流動解析装置。
【請求項５】
前記熱源領域は、前記解析対象となる二相流から熱を奪う冷却領域であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の二相熱流動解析装置。
【請求項６】
コンピュータを用いて二相流の熱流動現象を予測する方法であり、
流体計算部が、流れ場を分割した複数の区画に対して、入力部から与えられた解析対象の形状データ、熱が出入する熱源領域の範囲、この熱源領域と他領域との境界条件、前記解析対象となる二相流の流速、圧力、エンタルピ並びに密度、粘度および熱伝導率を含む物性値の初期値を含む初期パラメータに基づき、前記二相流の流速、圧力およびエンタルピを計算する流体算出ステップと、
質量流量分率計算部が、前記複数の区画に対して、前記流体算出ステップで算出された二相流の圧力およびエンタルピに基づいて、データ格納領域に格納した前記二相流の質量流量分率を算出する数式情報と、状態方程式の情報とを参照し、前記二相流の質量流量分率を算出する質量流量分率算出ステップと、
物性値計算部が、前記複数区画に対して、データ格納領域に格納した状態方程式の情報を参照し、前記二相流を構成する各相の密度、粘度および熱伝導率を含む物性値を得る一方、データ格納領域に格納した前記二相流の物性値を算出する数式情報を参照し、前記二相流を構成する各相の物性値および質量流量分率算出ステップで算出された前記二相流の質量流量分率に基づいて、前記二相流の密度、粘度および熱伝導率を含む物性値を算出する物性値算出ステップと、を具備し、
前記解析対象となる全領域を、前記熱源領域から所定範囲内に位置する第１の領域と、前記所定範囲外に位置する第２の領域とに分割し、前記流体計算部、質量流量分率計算部および物性値計算部が前記第１の領域における前記二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値を算出するように構成される一方、さらに、
マクロ流体計算部が、前記第２の領域における前記二相流の流速、圧力、エンタルピおよびボイド率を計算するマクロ流体算出ステップと、
第１の変換処理部が、前記流体計算部が計算する前記第１の領域における前記二相流の流速、圧力およびエンタルピと、前記物性値計算部が計算する前記第１の領域における前記二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値と、データ格納領域に格納した前記二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値と前記二相流のボイド率との関係を規定した情報とに基づいて、前記物性値計算部が計算する前記第１の領域における前記二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値を前記二相流のボイド率へ変換して前記マクロ流体計算部へ与える第１の変換処理ステップと、
第２の変換処理部が、データ格納領域に格納した前記二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値と前記二相流のボイド率との関係を規定した情報を参照し、前記マクロ流体計算部が算出した前記二相流のボイド率を前記二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値へ変換して前記流体計算部へ与える第２の変換処理ステップと、
計算終了判定部が、前記流体算出ステップで算出された前記第１の領域における二相流の流速、圧力およびエンタルピと、前記マクロ流体算出ステップで算出された前記第２の領域における前記二相流の流速、圧力、エンタルピおよびボイド率と、予め設定された計算終了条件とに基づいて、前記計算終了条件を満足するか否かを判定する計算終了判定ステップとを具備することを特徴とする二相熱流動解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は沸騰などの相変化現象を伴う二相流の熱流動現象を予測する二相熱流動解析装置および二相熱流動解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰現象は、原子力発電プラントや火力ボイラーなどにおいて利用されており、この現象評価および解明のためには解析が有効である。沸騰が起こると水蒸気が発生し、流体は液体と気体の混ざった二相流となるため、熱流動現象を評価するためには二相流解析手法を適用する必要がある。
【０００３】
従来の二相流解析においては、気体相と液体相の相間相互作用を評価するために、試験などから経験的に求めた構成方程式を用いることが多い。この構成方程式は、気体相が流体中を占める割合によって分類される気泡流、スラグ流、チャーン流、環状噴霧流などの流動様式毎に異なる形で与えられる。
【０００４】
解析対象となる二相流動場に適用される構成方程式は、試験などから経験的に作成された流動様式マップを使用し、二相流の流動様式を判別して切り替えられる。このような技術の一例は、例えば、後述する非特許文献１等に記載されている（非特許文献１参照）。
【０００５】
また、近年、仮想的な流体の挙動に対しての適用ではあるものの、構成方程式および流動様式マップを使用することなく、二相流の解析を行う手法も確立されている。このような技術の一例としては、例えば、フェーズフィールド法を用いた二相流解析手法があり、後述する非特許文献２等に記載されている（非特許文献２参照）。
【０００６】
図６は、フェーズフィールド法の概念を説明する図であり、沸騰気泡の内外および界面の密度分布を示す説明図である。
【０００７】
フェーズフィールド法は、図６に示されように、気体相と液体相の間の界面が、ある有限な厚さを有しており、その界面では密度や粘度などの物性値が連続的に変化しているとみなして数値解析を行う。すなわち、気体相と液体相の間の界面に任意の幅（厚さ）を設定し、設定した幅の中では密度や粘度などの物性値が連続的に変化しているとみなした数値解析を行う。フェーズフィールド法では、界面で相変化しながら大きく変形する複雑な現象を効率的に解析で扱うことができ、沸騰などの相変化現象の直接評価を可能としている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】秋山守，有冨正憲 監修、「新しい気液二相流数値解析 -多次元流動解析-」、コロナ社、２００２年１月１０日、第２章
【非特許文献２】高田尚樹，冨山明男 著、「フェーズフィールド法を用いた相変化を伴う二相流の数値シミュレーション」、混相流研究の進展、第２巻、２００７年、ｐ.１７３−１８０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、非特許文献１に記載される技術では、流動様式の遷移を伴う気液二相流を扱う場合、上述した構成方程式および流動様式マップが試験等から経験的に作成されるため、解析結果がマップの品質に依存するという課題がある。
【００１０】
一方、非特許文献２に記載される技術では、上述の構成方程式と流動様式マップには依存しないものの、現状では流体の臨界点近傍を想定したｖａｎ  ｄｅｒ  Ｗａａｌｓ流体などの仮想的な流体の挙動に対しての解析適用例があるのみである。すなわち、仮想的でない実際の流体での解析適用例がなく、例えば、原子力発電プラントにおける熱交換器などの実機における流体の熱流動を解析手法としては確立されるに至っていないという課題があった。
【００１１】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、構成方程式および流動様式マップに依存せず、かつ、実機を対象とした条件下での二相流の熱流動現象を直接評価することができる二相熱流動解析装置および二相熱流動解析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る二相熱流動の解析装置は、上述した課題を解決するため、流れ場を分割した複数の区画に対して、入力部から与えられた解析対象の形状データ、熱が出入する熱源領域の範囲、この熱源領域と他領域との境界条件、前記解析対象となる二相流の流速、圧力、エンタルピ並びに密度、粘度および熱伝導率を含む物性値の初期値を含む初期パラメータに基づき、前記二相流の流速、圧力およびエンタルピを計算する流体計算部と、前記複数の区画に対して、前記流体計算部で算出された二相流の圧力およびエンタルピに基づいて、データ格納領域に格納した前記二相流の質量流量分率を算出する数式情報と、状態方程式の情報とを参照し、前記二相流の質量流量分率を算出する質量流量分率計算部と、前記複数区画に対して、データ格納領域に格納した状態方程式の情報を参照し、前記二相流を構成する各相の密度、粘度および熱伝導率を含む物性値を得る一方、データ格納領域に格納した前記二相流の物性値を算出する数式情報を参照し、前記二相流を構成する各相の物性値および質量流量分率計算部が算出した前記二相流の質量流量分率に基づいて、前記二相流の密度、粘度および熱伝導率を含む物性値を計算する物性値計算部と、前記流体計算部が算出した二相流の流速、圧力およびエンタルピと、予め設定された計算終了条件とに基づいて、前記計算終了条件を満足するか否かを判定する計算終了判定部と、前記解析対象となる全領域を、前記熱源領域から所定範囲内に位置する第１の領域と、前記所定範囲外に位置する第２の領域とに分割し、前記流体計算部、質量流量分率計算部および物性値計算部が前記第１の領域における前記二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値を算出するように構成される一方、前記第２の領域における前記二相流の流速、圧力、エンタルピおよびボイド率を計算するマクロ流体計算部と、前記流体計算部が計算する前記第１の領域における前記二相流の流速、圧力およびエンタルピと、前記物性値計算部が計算する前記第１の領域における前記二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値と、データ格納領域に格納した前記二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値と前記二相流のボイド率との関係を規定した情報とに基づいて、前記物性値計算部が計算する前記第１の領域における前記二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値を前記二相流のボイド率へ変換して前記マクロ流体計算部へ与える第１の変換処理部と、データ格納領域に格納した前記二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値と前記二相流のボイド率との関係を規定した情報を参照し、前記マクロ流体計算部が算出した前記二相流のボイド率を前記二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値へ変換して前記流体計算部へ与える第２の変換処理部と、を具備することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る二相熱流動解析方法は、上述した課題を解決するため、コンピュータを用いて二相流の熱流動現象を予測する方法であり、流体計算部が、流れ場を分割した複数の区画に対して、入力部から与えられた解析対象の形状データ、熱が出入する熱源領域の範囲、この熱源領域と他領域との境界条件、前記解析対象となる二相流の流速、圧力、エンタルピ並びに密度、粘度および熱伝導率を含む物性値の初期値を含む初期パラメータに基づき、前記二相流の流速、圧力およびエンタルピを計算する流体算出ステップと、質量流量分率計算部が、前記複数の区画に対して、前記流体算出ステップで算出された二相流の圧力およびエンタルピに基づいて、データ格納領域に格納した前記二相流の質量流量分率を算出する数式情報と、状態方程式の情報とを参照し、前記二相流の質量流量分率を算出する質量流量分率算出ステップと、物性値計算部が、前記複数区画に対して、データ格納領域に格納した状態方程式の情報を参照し、前記二相流を構成する各相の密度、粘度および熱伝導率を含む物性値を得る一方、データ格納領域に格納した前記二相流の物性値を算出する数式情報を参照し、前記二相流を構成する各相の物性値および質量流量分率算出ステップで算出された前記二相流の質量流量分率に基づいて、前記二相流の密度、粘度および熱伝導率を含む物性値を計算する物性値算出ステップと、を具備し、前記解析対象となる全領域を、前記熱源領域から所定範囲内に位置する第１の領域と、前記所定範囲外に位置する第２の領域とに分割し、前記流体計算部、質量流量分率計算部および物性値計算部が前記第１の領域における前記二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値を算出するように構成される一方、さらに、マクロ流体計算部が、前記第２の領域における前記二相流の流速、圧力、エンタルピおよびボイド率を計算するマクロ流体算出ステップと、第１の変換処理部が、前記流体計算部が計算する前記第１の領域における前記二相流の流速、圧力およびエンタルピと、前記物性値計算部が計算する前記第１の領域における前記二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値と、データ格納領域に格納した前記二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値と前記二相流のボイド率との関係を規定した情報とに基づいて、前記物性値計算部が計算する前記第１の領域における前記二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値を前記二相流のボイド率へ変換して前記マクロ流体計算部へ与える第１の変換処理ステップと、第２の変換処理部が、データ格納領域に格納した前記二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値と前記二相流のボイド率との関係を規定した情報を参照し、前記マクロ流体計算部が算出した前記二相流のボイド率を前記二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値へ変換して前記流体計算部へ与える第２の変換処理ステップと、計算終了判定部が、前記流体算出ステップで算出された前記第１の領域における二相流の流速、圧力およびエンタルピと、前記マクロ流体算出ステップで算出された前記第２の領域における前記二相流の流速、圧力、エンタルピおよびボイド率と、予め設定された計算終了条件とに基づいて、前記計算終了条件を満足するか否かを判定する計算終了判定ステップとを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、沸騰などの相変化を伴う二相流の熱流動現象を解析する際に、実験などから作成された構成方程式および流動様式マップを使用することなく、現象自体を直接評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る二相熱流動解析装置の機能的な構成を概略的に示した機能ブロック図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る二相熱流動解析方法の処理手順を示す処理フロー図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る二相熱流動解析装置および二相熱流動解析方法により数値解析する二つの計算領域および二相流現象を生じさせる熱が出入りする熱源領域を示す説明図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る二相熱流動解析装置の機能的な構成を概略的に示した機能ブロック図。
【図５】本発明の第２実施形態に係る二相熱流動解析方法の処理手順を示す処理フロー図。
【図６】フェーズフィールド法の概念を説明する図であり、沸騰気泡の内外および界面の密度分布を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態に係る二相熱流動解析装置および二相熱流動解析方法について、添付の図面を参照して説明する。
【００１７】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る二相熱流動解析装置の一例である第１の二相熱流動解析装置１０Ａの機能的な構成を概略的に示した機能ブロック図である。
【００１８】
第１の二相熱流動解析装置１０Ａは、例えば、第１の二相熱流動解析装置の各手段である入力部１１、流体計算部１２、クォリティ計算部１３、物性値計算部１４、計算終了判定部１５および表示部１６として機能させる第１の二相熱流動解析プログラム（図１において省略）をコンピュータに実行させることによって、ハードウェア資源であるコンピュータとソフトウェア資源であるプログラムとが協働して実現される装置である。
【００１９】
第１の二相熱流動解析装置１０Ａは、流体の流速と圧力、エンタルピを計算する流体計算部１２と、二相で構成された流体の質量流量分率（クォリティ）を計算するクォリティ計算部（質量流量分率計算部）１３と、密度、粘度（粘性係数）、熱伝導率、比熱などの物性値を計算する物性値計算部１４と、予め与えておいた計算終了条件を満たすか否かを判定する計算終了判定部１５とを具備する。計算終了判定部１５が計算終了条件を満たすと判定した場合、その直前のタイムステップで得られた計算結果が、ディスプレイ等の表示手段で構成された表示部１６に表示される。
【００２０】
なお、図１に示される符号２１はクォリティを算出するために使用する数式やパラメータの情報を含むクォリティ算出情報であり、符号２２は物性値を算出するために使用する数式やパラメータの情報を含む物性値算出情報である。クォリティ算出情報２１および物性値算出情報２２は、例えば、第１の二相熱流動解析プログラムを実行するコンピュータが読み出し可能なデータ格納領域に格納される。
【００２１】
入力部１１は、例えば、コンピュータとインターフェイスを介して接続される入力装置またはコンピュータ自身が備えるキーボードやマウス等の入力手段によって実現される。入力部１１は、入力された情報の種類に応じて、流体計算部１２、クォリティ計算部１３、物性値計算部１４、計算終了判定部１５および表示部１６の何れかに入力された情報を与える。
【００２２】
入力部１１から与える初期パラメータとしては、例えば、流れ場を分割した複数の区画に対する解析対象の形状データ、熱が出入する熱源領域の範囲、熱源領域と他領域（解析対象のうち熱源領域以外の領域）との境界条件、解析対象となる二相流の流速、圧力、エンタルピ並びに密度、粘度および熱伝導率を含む物性値の初期値が含まれる。
【００２３】
流体計算部１２は、例えば、フェーズフィールド法等の公知の手法を用いて、熱流動の解析計算を行う手段である。流体計算部１２は、例えば、入力部１１等の入力手段から与えられた初期パラメータに基づいて、流れ場の空間を複数に分割した区画に対し、計算格子による有限体積法や有限差分法などの公知の数値解析手法を適用して計算する。
【００２４】
流体計算部１２は、流れ場の空間を複数に分割した各区画の流体が、界面を含む二相状態であるかを判定する機能と、例えば、入力部１１等の入力手段から与えられた初期パラメータに基づいて、流体の流速、圧力およびエンタルピを計算する機能を有する。流体計算部１２は、流体が二相の場合、相間の界面を追跡しながら当該流体の流速、圧力およびエンタルピを計算することができる。また、流体計算部１２は、流体が単相の場合には、当該相における流体の流速、圧力およびエンタルピを計算することができる。
【００２５】
クォリティ計算部１３は、流れ場の空間を複数に分割した各区画の流体が界面を含む二相状態である場合、流体計算部１２で算出された圧力、エンタルピ、および予め読み出し可能なクォリティ算出情報２１が有する情報に基づいて、界面を含む区画に対して質量流量分率（クォリティ）を計算する手段である。
【００２６】
また、クォリティ計算部１３は、例えば、機械学会等の機関が提供する蒸気表などで与えられる状態方程式を用いて、飽和状態での液体および気体の物性値を計算する機能と、流れ場の空間を複数に分割した各区画の流体が界面を含む二相状態である場合、流体計算部１２で算出された圧力、エンタルピ、および予め読み出し可能なクォリティ算出情報２１が有する情報に基づいて、界面を含む区画に対して質量流量分率（クォリティ）を計算する機能と、質量流量分率の計算結果を物性値計算部１４へ出力する機能とを有する。
【００２７】
クォリティ算出情報２１は、蒸気表などで与えられる状態方程式の情報と、質量流量分率（クォリティ）ｘを算出する数式情報とを有する。質量流量分率ｘは、流体計算部１２で求めた区画における二相流のエンタルピｈ、流体計算部１２で算出された圧力、エンタルピおよび上記状態方程式から導出される低温相のエンタルピｈｌ、高温相のエンタルピｈｈとする場合、以下の式（１）によって算出される。なお、質量流量分率ｘは、相変化する物質の種類によって異なるので、複数種類の物質を解析対象とする場合には物質毎に用意する。
【数１】
0005749079.tif 000002
【００２８】
物性値計算部１４は、流体計算部１２が算出した各区画での圧力とエンタルピ、クォリティ計算部１３が算出した質量流量分率（クォリティ）および予め読み出し可能な物性値算出情報２２が有する情報に基づいて、単相および二相の流体の密度、粘度、熱伝導率、比熱などの物性値を計算する手段である。
【００２９】
物性値算出情報２２は、蒸気表などで与えられる状態方程式の情報と、二相の密度、粘度、熱伝導率、比熱などの物性値を算出する数式情報とを有する。二相流の密度ρ、気体体積率（ボイド率）αｇ、液体体積率αｌ、粘度μ、熱伝導率λ、比熱ｃｐについては、それぞれ、以下の式（２）〜（１０）によって算出される。なお、上記物性値は、相変化する物質の種類によって異なるので、複数種類の物質を解析対象とする場合には物質毎に用意する。
【数２】
0005749079.tif 000003
【００３０】
【数３】
0005749079.tif 000004
【数４】
0005749079.tif 000005
【００３１】
【数５】
0005749079.tif 000006
【数６】
0005749079.tif 000007
【００３２】
【数７】
0005749079.tif 000008
【数８】
0005749079.tif 000009
【００３３】
【数９】
0005749079.tif 000010
【００３４】
なお、単相（固相、液相および気相）の密度、粘度、熱伝導率、比熱などの物性値については、物性値計算部１４が蒸気表などで与えられる状態方程式の情報を参照することで取得できる。
【００３５】
計算終了判定部１５は、流体計算部１２が算出した流体の流速、圧力、エンタルピの算出結果および予め指定された計算終了条件に基づいて、予め指定された計算終了条件を満足するか否かを判定する手段である。
【００３６】
計算終了条件の与え方としては、例えば、流体の質量、運動量およびエネルギの三つの保存法則から与えられる収束条件を与えたり、パラメータおよび値を指定して与えたり、計算を終了するタイムステップ数で与えたり等、幾つかの方法を採用することができる。
【００３７】
計算終了判定部１５は、予め指定された計算終了条件を満足していると判断した場合、現在の１タイムステップで算出した流体の流速、圧力およびエンタルピ、並びに、密度、粘度、熱伝導率、比熱などの物性値を計算結果として表示部１６へ与える。一方、予め指定された計算終了条件を満足していないと判断した場合、現在の１タイムステップで算出した流体の流速、圧力およびエンタルピ、並びに、密度、粘度、熱伝導率、比熱などの物性値を流体計算部１２に与える。
【００３８】
表示部１６は、例えば、コンピュータとインターフェイスを介して接続される表示装置またはコンピュータ自身が備えるディスプレイ等の表示手段によって実現される。表示部１６は、入力部１１が受け付けた表示要求または計算終了判定部１５から計算結果の表示要求を受け取ると、当該表示要求に応じた内容を画面表示する。
【００３９】
例えば、流体計算部１２が算出した各区画での圧力とエンタルピの算出結果を表示する旨の要求を入力部１１から表示部１６が受け取った場合、表示部１６は流体計算部１２が算出した各区画での圧力とエンタルピの算出結果を画面表示する。また、計算結果の表示要求を計算終了判定部１５から表示部１６が受け取った場合、計算終了条件を満足したタイミングでの物性値（例えば、流速、圧力、エンタルピ、密度、粘度、熱伝導率および比熱等）を計算終了判定部１５から受け取り、画面表示する。
【００４０】
このように、第１の二相熱流動解析装置１０Ａは、流れ場を分割した複数の区画に対して、入力部１１から与えられた解析対象の初期パラメータに基づき、解析対象となる流体の流速、圧力、エンタルピを計算する流体計算部１２と、前記複数の区画に対して、流体計算部１２で算出された二相流の圧力およびエンタルピに基づいて、データ格納領域に格納した二相流の質量流量分率を算出する数式情報と状態方程式の情報とを有するクォリティ算出情報２１を参照して二相流の質量流量分率を算出する質量流量分率計算部１３と、前記複数区画に対して、データ格納領域に格納した二相流の物性値を算出する数式情報と状態方程式の情報とを有する物性値算出情報２２を参照し、二相流を構成する各相の密度、粘度（粘性係数）および熱伝導率を含む物性値を得る一方、二相流を構成する各相の物性値および質量流量分率計算部１３が算出した二相流の質量流量分率に基づいて、二相流の密度、粘度および熱伝導率を含む物性値を計算する物性値計算部１４と、流体計算部１４が算出した二相流の流速、圧力およびエンタルピと、予め設定された計算終了条件とに基づいて、計算終了条件を満足するか否かを判定する計算終了判定部１５と、を具備する。
【００４１】
続いて、本発明の第１の実施形態に係る二相熱流動解析方法の一例である第１の二相熱流動解析方法について説明する。
【００４２】
図２は、第１の二相熱流動解析方法の一例であり、第１の二相熱流動解析装置１０Ａが行う第１の二相熱流動解析手順の処理手順を示す処理フロー図である。
【００４３】
第１の二相熱流動解析手順は、流体算出部１２が流体の流速、圧力、エンタルピを算出する流体算出ステップ（ステップＳ１）と、クォリティ算出部１３が二相で構成された流体のクォリティを算出するクォリティ算出ステップ（ステップＳ２）と、物性値計算部１４が密度、粘度、熱伝導率、比熱などの物性値を計算する物性値算出ステップ（ステップＳ３）と、計算終了判定部１５が予め与えておいた計算終了条件を満たすか否かを判定する計算終了判定ステップ（ステップＳ４）とを具備する。
【００４４】
第１の二相熱流動解析手順は、第１の二相熱流動解析手順の処理実行要求およびステップＳ１以降の計算で必要な初期パラメータの入力を受け付けると、処理手順の実行を開始する（ＳＴＡＲＴ）。ここで、初期パラメータは、例えば、流れ場における形状データ、加熱（または冷却）区域の境界条件、および流体の流速、圧力、エンタルピ、温度、そして、密度、粘度、熱伝導率、比熱等の物性値である。
【００４５】
ステップＳ１では、流体計算部１２が、流れ場の空間を複数に分割した区画に対して、入力を受け付けた初期パラメータに基づいて、流れ場の空間を複数に分割した各区画の流体が蒸気もしくは液体のみからなる単相状態であるか、または、界面を含む二相状態であるかを判定し、流体の流速、圧力およびエンタルピを計算する（流体算出ステップ）。
【００４６】
流体計算部１２は、例えば、入力を受け付けた初期パラメータに基づき、相間の界面の存否を判断し、解析を行う流体が単相状態であるか二相状態であるかを判定する。そして、界面を含む二相状態と判断した場合には、例えば、フェーズフィールド法等に基づいて二相流体の流速、圧力およびエンタルピを計算する。流体の流速、圧力およびエンタルピが算出されると、ステップＳ１の処理ステップは完了する。
【００４７】
続くステップＳ２では、クォリティ計算部１３が、ステップＳ１で算出された流体の圧力およびエンタルピと、クォリティ算出情報２１を参照して、界面を含む区画に対して質量流量分率（クォリティ）を計算する（クォリティ算出ステップ）。
【００４８】
質量流量分率は、クォリティ計算部１３が、クォリティ算出情報２１に含まれる上述した式（１）を用いて、式（１）の各パラメータｈ，ｈｌ，ｈｈに数値を代入して計算することで算出することができる。ここで、式（１）に含まれる二相流のエンタルピｈは、流体計算部１２が算出したものを用いる。また、低温相のエンタルピｈｌ、高温相のエンタルピｈｈは、クォリティ算出情報２１に含まれる状態方程式を用いて計算した結果を用いる。質量流量分率が算出されると、ステップＳ２の処理ステップは完了する。
【００４９】
続くステップＳ３では、物性値計算部１４が流体算出ステップ（ステップＳ１）で算出された各区画での圧力とエンタルピと、クォリティ算出ステップ（ステップＳ２）で算出された算出された質量流量分率（クォリティ）ｘと、物性値算出情報２２が有する二相の密度、粘度、熱伝導率、比熱などの物性値を算出する数式情報（式（２）〜（１０））とに基づいて、二相の密度、粘度、熱伝導率、比熱などの物性値を計算する（物性値算出ステップ）。
【００５０】
このステップＳ３で算出される物性値は、ステップＳ１での入力に対して１タイムステップ後の物性値である。二相の密度、粘度、熱伝導率、比熱などの物性値が算出されると、ステップＳ３の処理ステップは完了する。
【００５１】
続くステップＳ４では、計算終了判定部１５が予め指定された計算終了条件を満足するか否かを判定し、満たすと判断した場合（ステップＳ４でＹＥＳの場合）、第１の二相熱流動解析手順は終了する（ＥＮＤ）。
【００５２】
一方、計算終了判定部１５が予め指定された計算終了条件を満たさないと判断した場合（ステップＳ４でＮＯの場合）、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１以降の処理を繰り返す。すなわち、次の１タイムステップ後における流体の流速、圧力、エンタルピ、温度、そして、密度、粘度、熱伝導率、比熱等の物性値の計算を開始する。ステップＳ１以降の処理ステップがｎ（ｎは２以上の自然数）回目以降の場合、直前のタイムステップであるｎ−１回目で算出された流体の流速、圧力、エンタルピ、温度、そして、密度、粘度、熱伝導率、比熱等の物性値が使用される。
【００５３】
次に、解析対象となる流体および熱源領域における熱の出入（加熱または冷却）に応じた第１の二相熱流動解析方法の実施例について説明する。
【００５４】
（１）第１の実施例
第１の実施例は、解析対象となる流体は水とし、解析領域を囲む境界の一部となる熱源領域は解析対象である流体（水）を加熱する場合の例である。第１の実施例では、熱源領域が流体（水）を加熱することによって、水が沸騰して蒸気泡が発生する現象を解析により評価することを考える。
【００５５】
第１の実施例の場合、クォリティ算出情報２１として、飽和状態での水の物性値を計算する状態方程式の情報が蒸気表などで与えられ、クォリティ計算部１３が式（１）によって与えられる質量流量分率ｘを計算する。また、物性値算出情報２２の物性値を算出する数式情報としては、式（２），（３）があれば気液二相流の密度ρを、式（４）があれば気液二相流の気体体積率（ボイド率）αｇを、式（６）があれば気液二相流の粘度μを、式（８）があれば気液二相流の熱伝導率λを、式（１０）があれば気液二相流の比熱ｃｐを算出することができる。
【００５６】
第１の実施例では、水が熱源領域（加熱領域）において沸騰し蒸気が発生する挙動を解析し、構成方程式を用いずに沸騰熱伝達などの二相流現象を評価することができる。
【００５７】
（２）第２の実施例
第２の実施例は、解析対象となる流体は水蒸気とし、解析領域を囲む境界の一部となる熱源領域は解析対象である流体（水蒸気）を冷却する場合の例である。第２の実施例では、熱源領域が流体（水蒸気）を冷却することによって、凝縮して液体となる現象を解析により評価することを考える。
【００５８】
第２の実施例の場合、クォリティ算出情報２１として、飽和状態での水蒸気の物性値を計算する状態方程式の情報が蒸気表などで与えられ、クォリティ計算部１３が式（１）によって与えられる質量流量分率ｘを計算する。また、物性値算出情報２２の物性値を算出する数式情報としては、式（２），（３）があれば気液二相流の密度ρを、式（４）があれば気液二相流の気体体積率（ボイド率）αｇを、式（６）があれば気液二相流の粘度μを、式（８）があれば気液二相流の熱伝導率λを、式（１０）があれば気液二相流の比熱ｃｐを算出することができる。
【００５９】
第２の実施例では、水蒸気が熱源領域（冷却領域）において凝縮し水が発生する挙動を解析し、構成方程式を用いずに凝縮熱伝達などの二相流現象を評価することができる。
【００６０】
（３）第３の実施例
第３の実施例は、解析対象となる流体は水または氷とする。すなわち、解析対象となる流体が水であり、解析領域を囲む境界の一部となる熱源領域が水を冷却する冷却領域である場合には、水が冷却され凝固して氷を形成する現象を解析により評価する例である。また、解析対象となる流体が氷であり、解析領域を囲む境界の一部となる熱源領域が氷を加熱する加熱領域である場合には、氷が融解し水を形成する現象を解析により評価する例である。
【００６１】
第３の実施例の場合、クォリティ算出情報２１として、飽和状態での水蒸気の物性値を計算する状態方程式の情報が蒸気表などで与えられ、クォリティ計算部１３が式（１）によって与えられる質量流量分率ｘを計算する。また、物性値算出情報２２の物性値を算出する数式情報としては、式（２），（３）があれば固液二相流の密度ρを、式（５）があれば固液二相流の液体体積率αlを、式（７）があれば固液二相流の粘度μを、式（９）があれば固液二相流の熱伝導率λを、式（１０）があれば二相流の比熱ｃｐを算出することができる。
【００６２】
第３の実施例では、水が熱源領域（冷却領域）において凝固し氷を形成する過程、および氷が熱源領域（加熱領域）において融解し水を形成する過程を解析し、構成方程式を用いずに相間の熱交換などの固液二相流現象を評価することができる。
【００６３】
（４）第４の実施例
第４の実施例は、上記第１〜３の実施例で解析対象とした物質である水の代わりに、水以外の物質を適用した実施例である。第４の実施例では、クォリティ算出情報２１および物性値算出情報２２として解析対象とする物質の情報を使用する。これにより、クォリティ計算部１３が、解析対象とする流体の実用状態方程式等を用いて、流体の飽和状態における物性値、およびクォリティを計算することができる。すなわち、この実施例では、水以外の物質を解析対象とする場合であっても、上記第１〜３の実施例と同様の結果を得ることができる。
【００６４】
このように、第１の二相熱流動解析装置１０Ａおよび第１の二相熱流動解析方法によれば、水等の流体に対して、従来は構成方程式で与えられていた沸騰熱伝達率などの物理量（物性値）を、構成方程式を用いることなく、計算結果として直接求めることができる。すなわち、第１の二相熱流動解析装置１０Ａおよび第１の二相熱流動解析方法によれば、構成方程式を用いることなく沸騰熱伝達または凝縮熱伝達などの二相流現象を直接評価することができる。
【００６５】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る二相熱流動解析装置および二相熱流動解析方法は、本発明の第１の実施形態に係る二相熱流動解析装置および二相熱流動解析方法よりも、より広範な領域を効率良く解析できるように図った装置および方法である。
【００６６】
図３は、本発明の第２実施形態に係る二相熱流動解析装置および二相熱流動解析方法により数値解析する二つの計算領域および二相流現象を生じさせる熱が出入りする熱源領域を示す説明図である。
【００６７】
図３に示されるように、本発明の第２実施形態に係る二相熱流動解析装置および二相熱流動解析方法では、熱源領域の一例である加熱壁面３１から所定の距離よりも近い領域である沸騰計算領域３２と、遠い領域であるマクロ流体計算領域３３との二つの領域に解析対象区域を分割して解析を行う。
【００６８】
本発明の第２実施形態に係る二相熱流動解析装置および二相熱流動解析方法では、沸騰計算領域３２における流体計算を、フェーズフィールド法等を適用した相変化現象を直接評価できる手法を用いて行う一方、それ以外の領域、すなわち、マクロ流体計算領域３３における流体計算を、例えば、非特許文献１等に記載される従来手法の一例である二流体モデルを適用して行う。
【００６９】
なお、図３に示される符号ＢＬは、二つの計算領域３２，３３の境界である計算領域境界である。また、図３に示される熱源領域の一例である加熱壁面３１は、流体を加熱する場合における熱源領域の例であり、逆に流体を冷却する場合には冷却壁面となる。
【００７０】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る二相熱流動解析装置の一例である第２の二相熱流動解析装置１０Ｂの機能的な構成を概略的に示した機能ブロック図である。
【００７１】
図４に示されるように、第２の二相熱流動解析装置１０Ｂは、第１の二相熱流動解析装置１０Ａに対して、マクロ流体計算部３６と、第１の変換処理部３７と、第２の変換処理部３８とをさらに具備する点で異なる。そこで、本実施形態の説明では、上述した第１の実施形態と異なる点を中心に説明し、同じ構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００７２】
第２の二相熱流動解析装置１０Ｂは、例えば、第２の二相熱流動解析装置の各手段である入力部１１、流体計算部１２、クォリティ計算部１３、物性値計算部１４、計算終了判定部１５、表示部１６、マクロ流体計算部３６、第１の変換処理部３７および第２の変換処理部３８として機能させる第２の二相熱流動解析プログラム（図４において省略）をコンピュータに実行させることによって、ハードウェア資源であるコンピュータとソフトウェア資源であるプログラムとが協働して実現される装置である。
【００７３】
第２の二相熱流動解析装置１０Ｂは、第１の二相熱流動解析装置１０Ａが具備する流体計算部１２、クォリティ計算部１３、物性値計算部１４および計算終了判定部１５に加え、マクロ流体計算部３６と、第１の変換処理部３７と、第２の変換処理部３８とをさらに具備して構成される。
【００７４】
なお、図４に示される符号３９は、第１の変換処理部３７および第２の変換処理部３８がパラメータの変換処理を行うために使用する式またはテーブル等の情報を含む変換処理情報である。変換処理情報３９は、例えば、第２の二相熱流動解析プログラムを実行するコンピュータが読み出し可能なデータ格納領域に格納される。
【００７５】
マクロ流体計算部３６は、分割された２つの区域、すなわち、沸騰計算領域３２とマクロ流体計算領域３３との境界における二相流の流速、圧力、エンタルピおよびボイド率（気体体積率）が等しくなるという境界条件が与えられ、マクロ流体計算領域３３における二相流の流速、圧力、エンタルピ、ボイド率を計算するマクロ流体計算を行う。マクロ流体計算部３６に与える境界条件は、第１の変換処理部３７が、他方の領域である沸騰計算領域３２における流体の流速、圧力およびエンタルピを少なくとも含むパラメータを、マクロ流体計算を行うのに必要な流体の流速、圧力、エンタルピおよびボイド率を少なくとも含むパラメータに変換することによって与えられる。
【００７６】
また、流体計算部１２は、沸騰計算領域３２とマクロ流体計算領域３３との境界における二相流の流速、圧力、エンタルピおよびボイド率が等しくなるという境界条件が与えられ、沸騰計算領域３２における流体の流速、圧力、エンタルピを計算するものである。流体計算部１２に与える境界条件は、第２の変換処理部３８が、他方の領域であるマクロ流体計算領域３３における流体の流速、圧力、エンタルピおよびボイド率を少なくとも含むパラメータに変換することによって与えられる。
【００７７】
流体計算部１２とマクロ流体計算部３６で得られた結果を計算終了判定部１５に入力し、両方の結果が、予め指定された計算終了条件を満足するか否かを判定する。
【００７８】
このように、第２の二相熱流動解析装置１０Ｂは、第１の二相熱流動解析装置１０Ａに対して、解析対象となる全領域を、熱源領域から所定範囲内に位置する沸騰計算領域３２と、沸騰計算領域３２外のマクロ流体計算領域３３とに分割し、流体計算部１２、質量流量分率計算部１３および物性値計算部１４が沸騰計算領域３２における二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値を算出するように構成される点で相違する。
【００７９】
また、第２の二相熱流動解析装置１０Ｂは、第１の二相熱流動解析装置１０Ａに対して、マクロ流体計算領域３３における二相流の流速、圧力、エンタルピおよびボイド率を計算するマクロ流体計算部３６と、流体計算部１２が計算する沸騰計算領域３２における二相流の流速、圧力およびエンタルピと、物性値計算部１４が計算する沸騰計算領域３２における二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値と、データ格納領域に格納した二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値と当該二相流のボイド率との関係を規定した情報とを有する変換処理情報３９に基づいて、沸騰計算領域３２とマクロ流体計算領域３３との境界における二相流のボイド率を求め、当該境界における境界条件をマクロ流体計算部３６へ与える第１の変換処理部３７と、データ格納領域に格納した変換処理情報３９を参照し、マクロ流体計算部３６が算出した二相流のボイド率を当該二相流の密度、粘度および熱伝導率の少なくとも何れか一つの物性値へ変換して流体計算部１２へ与える第２の変換処理部３８と、をさらに具備する点で相違する。
【００８０】
続いて、本発明の第２の実施形態に係る二相熱流動解析方法の一例である第２の二相熱流動解析方法について説明する。
【００８１】
図５は、第２の二相熱流動解析方法の一例であり、第２の二相熱流動解析装置１０Ｂが行う第２の二相熱流動解析手順の処理手順を示す処理フロー図である。
【００８２】
第２の二相熱流動解析手順は、第１の二相熱流動解析手順に対して、マクロ流体算出ステップ（ステップＳ１２）と、第１のパラメータ変換処理ステップ（ステップＳ１１）と、第２のパラメータ変換処理ステップ（ステップＳ１３）とをさらに具備する点と、計算終了判定ステップ（ステップＳ４）の代わりに計算終了判定ステップ（ステップＳ１４）を具備する点で異なる。そこで、第２の二相熱流動解析手順の説明では、上述した第１の二相熱流動解析手順と異なる点を中心に説明し、同じ処理ステップについては、同じステップ番号を付して説明を省略する。
【００８３】
第２の二相熱流動解析手順は、沸騰計算領域３２における二相の密度、粘度、熱伝導率、比熱などの物性値を算出する沸騰計算領域解析工程（ステップＳ１〜ステップＳ３）と、マクロ流体計算領域３３における二相の密度、粘度、熱伝導率、比熱などの物性値を算出するマクロ流体計算領域解析工程（ステップＳ１２）と、沸騰計算領域解析工程とマクロ流体計算領域解析工程との間で相互にパラメータを変換するパラメータ変換工程（ステップＳ１１，ステップＳ１３）と、を具備する。また、第２の二相熱流動解析手順は、計算終了判定ステップ（ステップＳ１４）を具備する。
【００８４】
第２の二相熱流動解析手順の処理実行要求およびステップＳ１以降の計算で必要な初期パラメータの入力を受け付けると、処理手順の実行を開始し（ＳＴＡＲＴ）、沸騰計算領域解析工程と、マクロ流体計算領域解析工程とが開始される。
【００８５】
沸騰計算領域解析工程では、流体算出ステップ（ステップＳ１）と、クォリティ算出ステップ（ステップＳ２）と、物性値算出ステップ（ステップＳ３）とが順次実行され、物性値算出ステップ（ステップＳ３）で入力に対して１タイムステップ後の物性値である密度、粘度、熱伝導率、比熱などが算出されると、沸騰計算領域解析工程は完了する。なお、流体算出ステップ（ステップＳ１）を実行するにあたっては、第２の変換処理部３８が変換処理した沸騰計算領域３２とマクロ流体計算領域３３との境界における二相流の流速、圧力およびエンタルピが、当該境界条件として流体計算部１２に与えられる（図５に示されるＢ）。
【００８６】
沸騰計算領域解析工程が完了すると、第１の変換処理部３７がパラメータ変換工程を実行する。すなわち、第１の変換処理部３７が、沸騰計算領域解析工程で算出されたパラメータをマクロ流体計算領域解析工程の実行に必要となるパラメータへ変換する第１のパラメータ変換処理ステップ（ステップＳ１１）を実行する。
【００８７】
第１のパラメータ変換処理ステップでは、第１の変換処理部３７が変換処理情報３９を参照して、沸騰計算領域３２における流体の流速、圧力およびエンタルピを少なくとも含むパラメータを、マクロ流体計算領域３３におけるマクロ流体計算を行うのに必要な流体の流速、圧力、エンタルピおよびボイド率を少なくとも含むパラメータに変換する。
【００８８】
より詳細には、第１の変換処理部３７が、物性値計算部１４が算出する沸騰計算領域３２における物性値と、例えば、密度とボイド率との関係を規定した式（４）の情報等の物性値とボイド率との関係を規定した情報を含む変換処理情報３９を参照して、ボイド率を計算する。そして、第１の変換処理部３７は、算出したボイド率を、沸騰計算領域解析工程で得られた沸騰計算領域３２とマクロ流体計算領域３３との境界における二相流の流速、圧力およびエンタルピとともにマクロ流体計算部３６へ与える。
【００８９】
第１のパラメータ変換処理ステップ（ステップＳ１１）は、第１の変換処理部３７が、沸騰計算領域３２とマクロ流体計算領域３３との境界条件として、当該境界における二相流の流速、圧力、エンタルピおよびボイド率をマクロ流体計算部３６へ与えると完了する。ステップＳ１１が完了すると、ステップＳ１４に進み、計算終了判定部１５が計算終了判定ステップを実行する。
【００９０】
計算終了判定ステップ（ステップＳ１４）では、計算終了判定部１５が予め指定された計算終了条件を満足するか否かを判定し、満たすと判断した場合（ステップＳ１４でＹＥＳの場合）、第２の二相熱流動解析手順は終了する（ＥＮＤ）。
【００９１】
一方、計算終了判定部１５が予め指定された計算終了条件を満たさないと判断した場合（ステップＳ１４でＮＯの場合）、ステップＳ１およびステップＳ１２に戻り（図５に示されるＣ）、ステップＳ１以降およびステップＳ１２以降の処理ステップを繰り返す。すなわち、次の１タイムステップ後における沸騰計算領域解析工程（ステップＳ１〜ステップＳ３）およびマクロ流体計算領域解析工程（ステップＳ１２）が実行される。
【００９２】
マクロ流体計算領域解析工程では、マクロ流体計算部３６がマクロ流体計算領域３３を流動する流体についてマクロ流体計算して、当該流体の流速、圧力、エンタルピおよびボイド率（気体体積率）を算出するマクロ流体算出ステップを実行する（ステップＳ１２）。なお、マクロ流体計算するのに必要となるパラメータのうちボイド率（気体体積率）については、変換処理情報３９に含まれる物性値とボイド率との関係を規定した情報に基づいて算出された値が使用される（図５に示されるＡ）。
【００９３】
マクロ流体計算領域３３を流動する流体の流速、圧力、エンタルピおよびボイド率が算出されると、マクロ流体計算領域解析工程を完了する。マクロ流体計算領域解析工程が完了すると、第２の変換処理部３８がパラメータ変換工程を実行する。すなわち、第２の変換処理部３８が、マクロ流体計算領域解析工程で算出されたパラメータを沸騰計算領域解析工程の実行に必要となるパラメータへ変換する第２のパラメータ変換処理ステップ（ステップＳ１３）を実行する。
【００９４】
第２のパラメータ変換処理ステップ（ステップＳ１３）は、第２の変換処理部３８が沸騰計算領域３２とマクロ流体計算領域３３との境界条件として、当該境界における二相流の流速、圧力およびエンタルピを流体計算部１２に与えると完了する。ステップＳ１３が完了すると、ステップＳ１４に進み、計算終了判定部１５が計算終了判定ステップを実行する。
【００９５】
第２の二相熱流動解析装置１０Ｂおよび第２の二相熱流動解析方法によれば、構成方程式を用いることなく沸騰熱伝達または凝縮熱伝達などの二相流現象を直接評価することができる。また、沸騰現象等の相変化現象が発生する壁面近傍の領域（沸騰計算領域３２）は沸騰現象等の相変化現象を直接評価し、壁面から離れた領域（マクロ流体計算領域３３）は二流体モデルによるマクロ流体計算を適用することにより、効率的に解析することができる。
【００９６】
以上、本発明の実施形態に係る二相熱流動の解析装置および解析方法によれば、水等の流体に対して、構成方程式や流動様式マップを用いずに、沸騰熱伝達または凝縮熱伝達などの二相流現象を直接評価することができる。また、加熱（冷却）壁面３１から離れた領域をマクロ流体計算領域３３と設定して二流体モデルによるマクロ流体計算を適用した実施形態では、より広範な領域を効率的に解析することができる。
【００９７】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した実施例以外にも様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、追加、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９８】
１０Ａ  第１の二相熱流動解析装置
１０Ｂ  第２の二相熱流動解析装置
１１  入力部
１２  流体計算部
１３  クォリティ計算部（質量流量分率計算部）
１４  物性値計算部
１５  計算終了判定部
１６  表示部
２１  クォリティ算出情報
２２  物性値算出情報
３１  加熱壁面（熱源領域）
３２  沸騰計算領域（第１の領域）
３３  マクロ流体計算領域（第２の領域）
３６  マクロ流体計算部
３７  第１の変換処理部
３８  第２の変換処理部
３９  変換処理情報
ＢＬ  計算領域境界
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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