| 研究概要 |
本研究はヘリカル型核融合炉装置設計に必要な高熱負荷時の熱流体解析コードの開発を目的として遂行しているもので,炉壁の冷却測壁近傍における流れの非等方性を再現できる非等方乱流モデルと,任意の熱負荷条件における温度場を解析できる温度場乱流モデルの構築を研究の重点項目としてる.本年度の成果は以下のように要約される.
(1)まず非等方流れで,任意の熱負荷条件の熱流動解析が可能な速度と温度場のそれぞれに対する2方程式乱流モデルを考案した.
(2)温度場2方程式モデルの普遍性を高めるため,乱流モデルの不具合が露顕し易い流れ系の代表である自由乱流について,このモデルの検証を行った.その結果,せん断の有無に関わらず,一様乱流の温度場乱流諸量の挙動を忠実に予測するモデルであることを確認した.
(3)次に,温度場2方程式モデルを,高負荷機器の作動流体である液体金属のような低プラントル流体にも適用できるように改良した.
(4)基本的な熱流動解析コードは完成したが,核融合炉の過酷な運転条件に充分対処できる解析コードまで発展させるためには,乱流モデルとしてより高いレベルの乱流応力・熱流束方程式モデルをこれに組み込む必要がある.これを実現するには,非等方化過程を支配する圧力・歪相関および圧力・温度勾配相関などの乱流素過程に関する情報収集が必須である.そのため,強いせん断が付与された非等方性流れとその状況下における熱拡散の挙動をスペクトル法を用いた直接数値シミュレーション(DNS)によって調べ,実験では得難い重要データを採取した.
(5)採取したデータについては,強いせん断による急激な非等方化過程が流れの非線形挙動と直接には結びついていないという興味ある事実も見い出されており,現在これらの情報を基により高度な乱流モデルを構築中である.
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