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MHD効果を利用した超高熱負荷環境に対応可能なダイバータシステムへの挑戦

Research Project

Project/Area Number 18J20648
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Nuclear fusion studies
Research InstitutionTohoku University
Research Fellow 川本 誠  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY) 2018-04-25 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2020: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2019: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords電磁流体力学 / ダイバータ / 液体金属 / Magnetohydrodynamics
Outline of Annual Research Achievements

採用最終年度となる本年度は前年度に製作した液体金属液膜流試験装置を用いて,本研究で提案する電磁力制御フィンの実証試験を実施した.実証実験では(1)フィンの側部における主流速度分布,(2)フィン下流における流速の鉛直方向成分の分布,(3)フィンの側部における流速の鉛直方向成分の分布の3つの項目について評価を実施した.作動流体にはGa-In-Sn共晶合金を用い,流量を0.22から0.65 L/minまで変化させて実験を実施した.電磁力制御フィンのうち,絶縁部を有する金属製のフィンを装荷して実験を行なった場合,液膜表面とフィン頂部の間に流速が大きい領域が形成された.この現象は絶縁部のない金属製フィンを装荷した場合においても確認されており,電磁力による流動の阻害と液膜変形の抑制によって生じる流路の狭窄化に起因すると考えられる.また,当該フィンの後方では,液膜の表面近傍で強い下降流が形成されていることが明らかとなった.これらの傾向は前年度に実施した数値解析より得られた結果と定性的に一致することが確認されている.導電部を有する樹脂製のフィンを装荷して実験を行なった場合,フィンの側部で上昇流が確認された.これは導電部と絶縁部の切り替わりによる影響と考えられ,その値は流路底部から2.5 mmの地点でピークをとっており,数値解析結果との定性的な一致が認められた. これまでの検討より得られた知見を集約し,当該フィンの装荷が液体ダイバータ実機の除熱へ与える影響を伝熱解析によって概算したところ,当該フィンの装荷によって23 MWの除熱促進が見込める見通しとなった.しかしながら,核融合出力3 GW級のDEMO炉においては,ダイバータ領域への流入熱量は400-600 MWとの見積もりがなされており,これに耐えるダイバータを達成するためには非接触プラズマなどの概念との組み合わせが必須であると考えられる.

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(5 results)

All 2021 2019 2018

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Heat transfer enhancement in MHD free surface flow by controlling the electromagnetic force with fin structure2019

    • Author(s)
      Kawamoto Makoto、Muraoka Kenta、Ito Satoshi、Hashizume Hidetoshi
    • Journal Title

      Fusion Engineering and Design

      Volume: 146 Pages: 2671-2675

    • DOI

      10.1016/j.fusengdes.2019.04.079

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Proposal of fluid stirring by multi-layered trenches for liquid metal divertor2018

    • Author(s)
      Kawamoto Makoto、Muraoka Kenta、Ito Satoshi、Hashizume Hidetoshi
    • Journal Title

      Fusion Engineering and Design

      Volume: 136 Pages: 415-419

    • DOI

      10.1016/j.fusengdes.2018.02.065

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] MHD液膜流に挿入した電磁力制御フィンの流動撹拌性能に関する実験的評価2021

    • Author(s)
      川本誠、伊藤悟、橋爪秀利
    • Organizer
      日本原子力学会 2021年春の年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 部分絶縁フィン構造を用いた電磁力制御による液体金属蛇行流れの液体ダイバータへの適用性評価2018

    • Author(s)
      川本誠、村岡健太、伊藤悟、橋爪秀利
    • Organizer
      第12回核融合エネルギー連合講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Heat transfer enhancement in MHD free-surface flow by controlling the electromagnetic force with fin structure2018

    • Author(s)
      Kawamoto Makoto、Muraoka Kenta、Ito Satoshi、Hashizume Hidetoshi
    • Organizer
      30th Symposium on Fusion Technology
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-05-01   Modified: 2021-12-27  

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