固気混相媒体による核融合炉ブランケット冷却

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ガス冷却方式ブランケットの伝熱性能を改善する方策として、固気混相媒体を用いる構想を提案し、実験的に第一壁冷却にはその衝突噴流が優れた特性を、また増殖部冷却には曲円管が優れた特性を有することを示してきたが、このような構想に基づく設計を進める上には伝熱流動解析ができることが不可欠である。とくに今年度は固気混相媒体の乱れの構造を解明するために、乱れ構造が実験的に確かめられている、二次元衝突噴流について、ストカスティックモデルを用いて解析を行った。これは連続相の流れ場をオイラー的な基礎式を用いて解き、その中を運動する多数の粒子の軌跡をモンテカルロ法を用いてラグランジ的に追跡するモデルである。エネルギー方程式のみは連続体近似を採用し、乱流モデルとしては代数応力モデルを用いた。実験に合せて作動流体としては空気、分散粒子としては粒径48.9μmのガラスビーズとし、ノズル幅は10mm、衝突面までの距離は20mm、ノズル出口におけるローディング比(粒子質量流量/気相質量流量)は0・1とした。結果は乱れ強度については実験と良い一致を示したが、ヌセルト数の改善については安定的には一致しているが、定量的にはまだ一致は十分でなく、もう少し改良の必要がある。次に衝突噴流のエロージョンの実験を、空気中に浮遊させた約50μmのガラスビーズ、アルミナ(A_2O_3)及びグラファイトの粒子について行った。すなわち16mmのノズルより、混相噴流を出し、ノズル径の2倍の距離に置いた鏡面研磨したSUS304の鋼板に衝突させ、そのときのエロージョン深さを非接触深度測定器(ユニオン光学製)により測定した。その結果はアルミナのエロージョンは激しく、米国のウイスコンシン大学が考えているLiO_2の粒子の硬度は、ガラスビーズよりやや小さいと考えられる。われわれが提案しているグラファイトのエロージョンは少なく、若干の工夫をすれば使用可能と考えられる。