三面複層絶縁流路を用いた先進液体金属ブランケット実現のための強磁場下流動特性評価

これまでの研究では環状構造である模擬流路による実験であったが、本年度からは模擬流路ではない実際の三面複層絶縁流路による圧力損失低減効果の実証実験を行った。実験は米国UCLAにある強磁場下流動試験装置を使用し、国内で製作した三面複層絶縁流路の試験部を持ち込み、据え付けを行った上で実験を行った。試験部に圧力計測用のポートを設置し圧力損失を測定した。圧力損失の測定を行った結果、1.8Tの強磁場条件では絶縁の施されない通常の導電壁流路を想定した数値解析結果と比べて十分の一程度まで圧力損失が三面複層絶縁流路により低減されることが示された。数値解析においては、これまでに構築された三次元熱流動解析コードを使用して、ブランケット体系での評価を行った。ブランケットには単純な直線流路だけではなく、曲がり管部などの三次元的に流動が変化する領域が存在するため、曲がり管部に着目し、そこでの詳細な三次元的な熱流動場を明らかにした。曲り管部ではその背側で流速が低下するために熱伝達性が低下し、ホットスポットが生じることが明らかとなった。そこで、曲り管部の腹側の圧力損失が大きくなるように三面複層絶縁流路の金属層構造を見直し、背側に流量を配分することで熱伝達性を図った。その結果、ホットスポット部の温度上昇量は大きく低減された。また、金属層構造の見直しにより、曲り管部での圧力損失は増大したが、ブランケット流路全体の圧力損失に対してはその増大はわずかなものであり、有効な伝熱促進策であると考えられる。

これまでの研究では環状構造である模擬流路による実験であったが、本年度からは模擬流路ではない実際の三面複層絶縁流路による圧力損失低減効果の実証実験を行った。実験は米国UCLAにある強磁場下流動試験装置を使用し、国内で製作した三面複層絶縁流路の試験部を持ち込み、据え付けを行った上で実験を行った。試験部に圧力計測用のポートを設置し圧力損失を測定した。圧力損失の測定を行った結果、1.8Tの強磁場条件では絶縁の施されない通常の導電壁流路を想定した数値解析結果と比べて十分の一程度まで圧力損失が三面複層絶縁流路により低減されることが示された。数値解析においては、これまでに構築された三次元熱流動解析コードを使用して、ブランケット体系での評価を行った。ブランケットには単純な直線流路だけではなく、曲がり管部などの三次元的に流動が変化する領域が存在するため、曲がり管部に着目し、そこでの詳細な三次元的な熱流動場を明らかにした。曲り管部ではその背側で流速が低下するために熱伝達性が低下し、ホットスポットが生じることが明らかとなった。そこで、曲り管部の腹側の圧力損失が大きくなるように三面複層絶縁流路の金属層構造を見直し、背側に流量を配分することで熱伝達性を図った。その結果、ホットスポット部の温度上昇量は大きく低減された。また、金属層構造の見直しにより、曲り管部での圧力損失は増大したが、ブランケット流路全体の圧力損失に対してはその増大はわずかなものであり、有効な伝熱促進策であると考えられる。