革新的核融合炉用高熱流束除熱体EVAPORONの開発

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08558051
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Section: 試験
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 戸田 三朗 東北大学, 工学部, 教授 (60005387)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 勝村 幸博 東北大学, 工学部, 助手 (70241544) ; 橋爪 秀利 東北大学, 工学部, 助教授 (80198663) ; 石井 慶造 東北大学, 工学部, 教授 (00134065)
• Keywords: EVAPORON / 第一壁 / 高熱流束負荷 / 金属多孔質体 / 数値解析 / SIMPLE法

Research Abstract

本年度は、革新的核融合炉用高熱流束除熱体EVAPORONの有用性を実証するために、金属多孔質体を用いた冷却システムの設計・作成を行い、パラメーターを変えて実験を実施した。またそれに平行して、多孔質内部の熱流動を解析するための数値計算コードを開発し、数値シミュレーションを行った。加えて実験結果と解析結果を比較して本コードで適用したモデルの妥当性を評価した。実験においては多孔質材として、アルミニウムの燒結金属を用いた。それを、ヒーターを内蔵する銅ブロックに装着し、反対側から水を一定の質量流量で多孔質材内部に注入し、水の相変化により加熱部を除熱する実験ループを作成した。広い範囲にわたってパラメーターを変化させた実験により、本実験で用いた小規模な実験装置(電熱面直径約5cm)においても、水の質量流量0.1kg/m^2/sオーダーで、0.1〜1MW/m^2オーダーの除熱が可能で、金属多孔質体を用いた高熱流束除熱システムの有用性が実証された。熱流動の詳細解析のために、差分法に基づき、SIMPLE法を用いた数値解析コードの開発を行った。従来多孔質内流動の解析には簡単なDarcy則が用いられるが、本解析では2次元のNavie-Stokes方程式を解き、より詳細な解析を実施した。その結果、Darcy則を用いた場合では模擬することのできなかった質量流束と除去熱流束の関係を正確に解析し、実験では可視化できない多孔質体内の流動を明らかにすることができた。

Research Products

• [Publications] S. Toda et al.: "Transient Thermal Behavious of Steam Flow with Condensation and Evaporation in Porous Media" Proceedings of Japan U. S. Seminar on Two-Phase Flow Dynamics. 2. 147-154 (1996)
• [Publications] K. Ishii: "High energy -ray Production from Be, C and Al targents with 65 MeV 3He bombardment" Physical Review. C. 2429-2434 (1996)
• [Publications] H. Hashizume and S. Toda: "Three Dimensional Evaluation of Current Distribution in Twisted Superconductor" IEEE Trasactions on Magnetics. 32. 1152-1155 (1996)
• [Publications] Y. Katsumura et al.: "Numerical Analysis of Fluid Flow with Free Surface and Phase Change under Electromagnetic Force" IEEE Trasactions on Magnetics. 32. 1002-1005 (1996)