A computer simulation study to unveil fluid behavior of the beam-on target of a fusion neutron source

揭示聚变中子源射束目标流体行为的计算机模拟研究

• 批准号: 22K03579
• 负责人: 中村 誠
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Kushiro National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03579/
• 关键词: 核融合中性子源; 自由表面液体リチウム流; 数値流体シミュレーション; 遠心力; 液面形状; 液体金属; ターゲット; 自由表面; 流体シミュレーション

核融合中性子源の自由表面液体リチウム流ターゲットについて、平板近似に基づく数値流体シミュレーション(CFD)モデルを開発した。ターゲット形状は凹型なので、単に流体方程式を解くだけで自ずと解に遠心力効果が現れるはずである。しかし本解析平板近似を用いるため、流れ方向に垂直な遠心力項を流体方程式に人為的にソースタームとして導入した。汎用流体計算パッケージOpenFOAMを用いて、ナビエ・ストークス方程式を数値的に解き、3次元平板近似体系における自由表面Li流れの挙動を解析する数値流体力学計算コードを開発した。新たに開発した計算コードを用いて、ターゲットに掛かる遠心力がリチウム液面形状に及ぼす影響を評価した。本解析においてビーム入射は考慮しない。本解析において簡単のためにターゲットの曲率半径は一定（R = 0.245 m）と仮定した（すなわち遠心力は一様と仮定）。ノズル出口流速vinについて流体シミュレーションの感度解析を行ったところ、下流方向に向かって液面が増大することが分かった。さらに、入口流速が大きいほど液面の盛り上がりが大きいことが分かった。特にvin = 10~20 m/sの場合において、ターゲットのビーム入射中心位置においてリチウム液面は数mm盛り上がることが分かった。本研究の数値シミュレーションで得られた液面高さの流れ方向分布は、先行する簡易理論解析とELTL実験結果と定性的に一致した。本研究成果はthe 41st JSST Annual International Conference on Simulation Technology (JSST2022)にてOutstanding Presentation Awardを受賞され、学術的に高い評価を受けた。

Free surface liquid from nuclear fusion neutron source, plate approximation, basic numerical value fluid (CFD) The shape of the fluid is concave, and the fluid equation is self-solving. This analytical plate approximation is used in the direction of flow and the vertical force term is artificially introduced into the fluid equation Universal fluid calculations OpenFOAM numerical solution of equations, three-dimensional plate approximation system, free-surface Li flow analysis, numerical fluid dynamics calculations New developments in the calculation of the use of medium, medium and long distance forces to determine the shape of the liquid surface and to evaluate the impact This analysis is based on the consideration of incidence. In this analysis, the radius of curvature is constant (R = 0.245 m). The sensitivity analysis of the fluid in the outlet flow rate increases in the downstream direction. Today, the flow rate at the entrance is high and the liquid level is high. In particular, when vin = 10~20 m/s, the incident center position is the liquid level in mm The numerical results of this study show that the distribution of liquid level and flow direction is consistent with that of ELTL. The results of this research were awarded Outstanding Presentation Award and received high academic evaluation at the 41st JSST Annual International Conference on Simulation Technology (JSST2022).

项目成果

A computational fluid simulation study of the free-surface flow of the liquid lithium target of Advanced Fusion Neutron Source A-FNS

先进聚变中子源A-FNS液态锂靶自由表面流动的计算流体模拟研究

• 发表时间: 2022
• 期刊: Proceedings of the 41st JSST Annual International Conference on Simulation Technology (JSST 2022)
• 作者: M.M. Nakamura;M.Ikeda;T. Ebisawa;K. Masuda;M. Oyaidzu;S. Sato
• 通讯作者: S. Sato

令和４年度 中村先生がオンライン国際会議で受賞されました

中村教授在2024年在线国际会议上获奖