大規模数値シミュレーションによる超伝導コイルの安定性の解明と設計最適化手法の構築

点击翻译按钮获取中文摘要

強制冷却型超伝導コイルの設計を合理化するためには、その臨界特性を正確に予測し、設計裕度を最小にする安定性理論が必要になる。しかし、このような理論を構築するには、超伝導コイルとその冷媒である超臨界ヘリウムの挙動を詳細に理解しなければならないが、約1,000本を束ねた超伝導線の電磁気的複雑さや、超臨界流体一般に見られる擬臨界線付近での伝熱劣化現象を始めとする冷媒と超伝導線の熱交換などの複雑さが重畳・連成するため、詳細な研究はほとんどなされていない。そこで、個々の電磁気的、熱流体力学的な現象を出発点に体系化したモデルを構築し、スーパーコンピュータを用いた数値シミュレーションによる研究手法を導入し、超伝導コイルと超臨界ヘリウムで構成される体系の冷却安定性を解明し、超伝導コイルの設計の大幅な合理化を図ることを目的とする。平成19年度は、昨年度製作した計算コードを用いて、過去に行われた超伝導コイルの実験を対象として数値シミュレーションを行い、ヒートパルス試験の実験結果を精度良く再現できることを確認した。更に、当機構において平成20年6月から新たな超伝導コイルの実験を開始するが、その解析を行えるように本計算コードの改良を行った。このコイルは構造が複雑な上に、コイル内部の温度を計測できないため、実験データのみでは冷却安定性などの性能を正確に評価することは非常に困難である。そこで、本計算コードを用いてコイル内部で生じる現象を再現することにより、その性能評価に重要な役割を果たすことが期待できる。