沸騰モデル — 実践ガイドとベストプラクティス

典型的なサブクール核沸騰（管内上向き流）の解析フローを示そう。

1. 形状作成: 管径、加熱長、入口助走区間を含めたモデル

2. メッシュ: 壁面近傍プリズム層（第一セル高さ ≈ 気泡離脱径）、管断面方向に20セル以上

3. 物性値設定: 飽和温度、$h_{fg}$、飽和圧力での液相・気相物性

4. 単相助走計算: まずヒーターなしで完全発達流を得る

5. 熱流束印加: 壁面均一熱流束を段階的に増加

6. 沸騰モデル有効化: RPIモデルの各パラメータを設定

7. モニタリング: 壁面温度、ボイド率分布、出口気泡径

一般的なCFDメッシュとは異なるポイントがある。

低熱流束のサブクール沸騰なら2D軸対称でも合理的だ。ただしCHF近傍や膜沸騰に近づく場合は3D非対称な挙動が重要になるので、3D計算が必要になる。

最も重要なのは飽和温度 $T_{sat}$ と潜熱 $h_{fg}$ の圧力依存性だ。系圧が変化する場合、局所圧力に応じた飽和物性を使う必要がある。

水の場合、IAPWS-IF97（蒸気表の国際標準規格）の物性データを使うのが標準だ。Fluentでは組み込みの水蒸気物性テーブルがある。STAR-CCM+でもIAPWSベースの物性ライブラリが利用可能だ。

代表的なベンチマーク実験を挙げよう。

R-12は水より蒸気密度が高く密度比が小さいので、スケーリングパラメータで水の挙動を模擬できる。低圧・低温で実験できるので計測しやすいという利点があるんだ。