原子力工学において、気液二相流解析は炉心設計や安全性評価において重要な役割を担っている。気液二相流のシミュレーションでは、界面捕獲法が広く用いられており、気液界面の複雑な運動を解析することができる。しかし、界面捕獲法は界面同士が近接したときに数値的に合体してしまう特性があるため、多数の界面が密集するような問題は不得手である。このことは、多数の気泡を含む気液二相流の流動パターンを正確に予測する上で大きな課題となる。Zhangらによると、実験的に観測された気泡間の反発を計算で再現するためには、界面近傍の格子解像度を気泡径の1/1600以下にする必要があるが、ほとんどの実用的な問題でこのような高解像度の計算を行うことは困難である。この問題を解決するために、各気泡に独立した流体率関数を適用することで気泡の合体を制限するMulti-Phase Field法を導入し、気泡上昇問題に適したPhase Field変数や気泡流入条件の最適化なども実施することによりバンドル体系解析の解析精度向上を目指す。

本報告では GPUスパコンに適したMulti-Phase Field法の効率的な実装を開発し、多数の気泡を含む気液二相流シミュレーションを可能にする。基礎検証として円管内の気泡流解析を実施し、Colinらの実験結果と比較することにより妥当性を検証する。