ＭＨＤ効果を利用した超高熱負荷環境に対応可能なダイバータシステムへの挑戦

创建可利用 MHD 效应处理超高热负荷环境的分流器系统的挑战

• 批准号: 18J20648
• 负责人: 川本 誠
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J20648/
• 关键词: 電磁流体力学; ダイバータ; 液体金属; Magnetohydrodynamics

採用最終年度となる本年度は前年度に製作した液体金属液膜流試験装置を用いて，本研究で提案する電磁力制御フィンの実証試験を実施した．実証実験では(1)フィンの側部における主流速度分布，(2)フィン下流における流速の鉛直方向成分の分布，(3)フィンの側部における流速の鉛直方向成分の分布の3つの項目について評価を実施した．作動流体にはGa-In-Sn共晶合金を用い，流量を0.22から0.65 L/minまで変化させて実験を実施した．電磁力制御フィンのうち，絶縁部を有する金属製のフィンを装荷して実験を行なった場合，液膜表面とフィン頂部の間に流速が大きい領域が形成された．この現象は絶縁部のない金属製フィンを装荷した場合においても確認されており，電磁力による流動の阻害と液膜変形の抑制によって生じる流路の狭窄化に起因すると考えられる．また，当該フィンの後方では，液膜の表面近傍で強い下降流が形成されていることが明らかとなった．これらの傾向は前年度に実施した数値解析より得られた結果と定性的に一致することが確認されている．導電部を有する樹脂製のフィンを装荷して実験を行なった場合，フィンの側部で上昇流が確認された．これは導電部と絶縁部の切り替わりによる影響と考えられ，その値は流路底部から2.5 mmの地点でピークをとっており，数値解析結果との定性的な一致が認められた． これまでの検討より得られた知見を集約し，当該フィンの装荷が液体ダイバータ実機の除熱へ与える影響を伝熱解析によって概算したところ，当該フィンの装荷によって23 MWの除熱促進が見込める見通しとなった．しかしながら，核融合出力3 GW級のDEMO炉においては，ダイバータ領域への流入熱量は400-600 MWとの見積もりがなされており，これに耐えるダイバータを達成するためには非接触プラズマなどの概念との組み合わせが必須であると考えられる．

今年，即采用的最后一年，我们利用前一年制造的液态金属膜流动测试装置对本研究提出的电磁力控制翅片进行了演示测试。在演示实验中，评估了三个项目：（1）翅片侧面主流速度分布，（2）翅片下游流速垂直分量分布，（3）流动垂直分量分布进行了翅片侧面的速度。采用Ga-In-Sn共晶合金作为工作流体，在0.22~0.65 L/min的流量范围内进行实验。当使用电磁力控制翅片中具有绝缘部分的金属翅片进行实验时，在液膜表面和翅片顶部之间形成了高流速区域。这种现象在没有绝缘的金属翅片加载时也得到了证实，并且被认为是由于电磁力阻碍流动和抑制液膜变形而导致流路变窄造成的。还发现在翅片后面的液膜表面附近形成了强烈的向下流动。已证实这些趋势与前一年进行的数值分析所获得的结果在质量上是一致的。当使用带有导电部件的树脂翅片进行实验时，在翅片的侧面观察到向上的流动。这被认为是由于导电部分和绝缘部分之间的切换效应造成的，并且该值在距离通道底部2.5mm的点处达到峰值，这与数值分析结果定性地一致。 通过整合先前研究中获得的知识，并使用传热分析来粗略估计翅片负载对实际液体分流器散热的影响，估计翅片负载可以加速散热变成了23兆瓦。然而，在聚变输出为 3 GW 的 DEMO 反应堆中，流入偏滤器区域的热量估计为 400-600 MW，为了制造能够承受这一量的偏滤器，诸如非需要这些的组合。

项目成果

部分絶縁フィン構造を用いた電磁力制御による液体金属蛇行流れの液体ダイバータへの適用性評価

部分绝缘翅片结构电磁力控制液态金属蜿蜒流对液体分流器的适用性评估

• 发表时间: 2018
• 作者: 川本誠;村岡健太;伊藤悟;橋爪秀利
• 通讯作者: 橋爪秀利

Proposal of fluid stirring by multi-layered trenches for liquid metal divertor

液态金属偏滤器多层沟槽搅拌流体的方案

• DOI: 10.1016/j.fusengdes.2018.02.065
• 发表时间: 2018
• 影响因子: 1.7
• 作者: Kawamoto Makoto;Muraoka Kenta;Ito Satoshi;Hashizume Hidetoshi
• 通讯作者: Hashizume Hidetoshi