液体金属噴流の革新的制御方法に関する基礎研究

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24561025
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 帆足 英二 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40520698)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 堀池 寛 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20252611) ; 木村 晴行 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20343915) [Withdrawn] ; 鈴木 幸子 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20403157) ; 山岡 信夫 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 嘱託技術職員 (80444561)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 液体金属 / 電磁流体 / 磁場制御 / ビームターゲット

Outline of Annual Research Achievements

今年度はループの設計・制作、および数値計算によるガリウム噴流の軌道予測、および３次元電磁流体解析コードの整備・検証を行った。ループの設計としては、二つのタンクを用いたブローダウン方式によるループを考え、配管系の配置を設計した。タンクには当研究室が保有するものを用い、配管は３／４インチとした。試験部となるノズル一体型電磁石のコイル容器にコイルを設置、電源系を配置した。コイル容器には、コイル冷却用に用いる液体窒素を導入する管を設けた。ブローダウン用のガスにはアルゴンガスを用いる。電源は最大８０Ⅴ、２００Ａを流せるものを用いた。数値計算では、運動量方程式をルンゲ・クッタ法を用いてラグランジュ的に解き、ガリウム噴流の軌道を計算した。最終的な目標であるリチウム噴流と電磁場的なパラメータを合わせるため、流速は０．５ｍ／ｓ程度と非常に小さくする必要があるが、この場合、ガリウムが重いため、重力による加速が無視できなくなる。そのため、ガリウムは加速し、磁場に対する追従性が同条件（電磁場）のリチウムに比べて悪くなることが確認された。３次元電磁流体解析コードの整備では、ＣＩＰ法に電磁力を計算するルーチンを追加した。ただし、ここでは簡単なため外部磁場からの電磁力のみとし、ガリウム内に生じる誘導電流に起因する誘導磁場を計算するルーチンは追加していない。外部磁場は、ポアソンＳｕｐｅｒＦｉｓｈというフリーの磁場計算コードにて計算したデータを読み込む形式とした。また、液体金属噴流、周辺雰囲気ガス、磁場制御用金属板の全てを取り扱えるよう、ＣＩＰ法を用いた固気液三相流コードをベースとして開発した。ただし、計算の安定性に課題があり、長い時間の計算ができておらず、これは今後の課題として残る。