Hydraulic analysis for high-speed free-surface flow of IFMIF-EVEDA liquid lithium target

IFMIF-EVEDA液体リチウムターゲットの高速自由表面流の流体解析

井田 瑞穂; 浅原 浩雄; 中村 博雄

Ida, Mizuho; Asahara, Hiroo; Nakamura, Hiroo

国際核融合材料照射施設(IFMIF)の液体リチウム(Li)ターゲットの設計のため、解析コードPHOENICS及びFLOW-3Dを用いて2次元の流体/熱流動解析を実施した。本解析により、絞り比10の2段絞りノズルの高速均一流生成効果を明らかにした。本ノズルはIFMIFターゲットに採用された。ノズル出口で均一である圧力と流速の分布が凹面状背面壁では傾きを持ったものに遷移する特性も明らかにした。これら特性と熱流動解析により、背面壁曲率半径が10m以下の場合にはIFMIFターゲットではLi沸騰が起きないと予測した。IFMIF設計の妥当性を実証するため、選択した絞りノズルを含むEVEDAリチウム試験ループが、IFMIFターゲット流を流体的に模擬して、運転される。IFMIF及びEVEDAのターゲットの工学設計のため、FLUENTコードを用いて3次元の流体/熱流動解析も実施中である。

For design of liquid lithium (Li) target of the International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF), two-dimensional hydraulic/thermal-hydraulic analyses were performed using codes PHOENICS and FLOW-3D. The analyses clarified effect of a 2-step contraction nozzle with high contraction-ration of 10 upon generation of high-speed uniform flow. The nozzle was selected for IFMIF target. Also transient behaviors of pressure and velocity profiles from uniform in the nozzle to gradient on the concave back-plate were clarified. With the clarified behaviors and thermal-hydraulic analysis, no Li boiling at the IFMIF target in case of back-plate curvature of 10 m or less was predicted. EVADA Lithium Test Loop with the selected contraction nozzle is operated, hydraulically simulating IFMIF target flow to validate IFMIF design. Also three-dimensional hydraulic/thermal-hydraulic analyses using a code FLUENT are going for engineering designs of the EVEDA and IFMIF targets.