Numerical simulation of turbulent flow of coolant in a test blanket module of nuclear fusion reactor

核融合炉内テストブランケットモジュールにおける冷却材流動現象に関する大規模数値計算

関 洋治; 大西 陽一*; 吉河 朗; 谷川 尚; 廣瀬 貴規; 大図 章  ; 江里 幸一郎; 鶴 大悟; 鈴木 哲; 横山 堅二; 榎枝 幹男; 谷川 博康; 呉田 昌俊   

Seki, Yohji; Onishi, Yoichi*; Yoshikawa, Akira; Tanigawa, Hisashi; Hirose, Takanori; Ozu, Akira; Ezato, Koichiro; Tsuru, Daigo; Suzuki, Satoshi; Yokoyama, Kenji; Enoeda, Mikio; Tanigawa, Hiroyasu; Kureta, Masatoshi

日本原子力研究開発機構は、ITERでの核融合環境下で総合的機能試験が実施される予定のテストブランケットモジュール(TBM)として、水冷却方式固体増殖ブランケットの研究開発を進めてきた。TBMは、おもに第一壁,2つの側壁,後壁と増殖材充填に必要な隔壁であるメンブレンパネルによって構成される。また、冷却材である高温高圧水(入口温度553K,出口温度598K,15MPa)は、TBM内部の並行多流路管群を流動する。本研究では、数値流体計算の結果を実規模大並列多流路の実験値と比較することにより、実現象との整合性を実証し、機器設計に際する流体挙動及び侵食腐食の予測手法の確立を目的とする。TBM側壁内部に存在する並列多流路管内を流れる冷却材を対象に、乱流モデル及びLES(標準スマゴリンスキーモデル)を用いて、数値流体計算を実施した。流体計算による室温条件での各流量分配は、複雑流路である実規模大並列多流路の実験値とほぼ一致することを確認した。数値流体計算の予測手法の妥当性を示したことにより、高温高圧水条件の設計に際しても有効な予測手段の一つとして実証した。

R&D of a test blanket module (TBM) with a water-cooled solid breeder has been performed for ITER. For our design, the temperature of a coolant pressurized up to 15 MPa is designed as 598 K in an outlet of the TBM, respectively. Establishment of estimation methods of the flow phenomena is important for designs of the channel network and predictions of the material corrosion and erosion. A purpose of our research is to establish and verify the method for the prediction of the flow phenomena. The Large-eddy simulation and Reynolds averaged Navier-Stokes simulation have been performed to predict the pressure drop and flow rates in the channels of the side wall. It results the inhomogeneous flow rates in each channel. At viewpoint of the heat removal capability, however, the smallest flow-rates near the first wall are evaluated with satisfying acceptance criteria. Moreover, the results of the numerical simulation correspond with those of experiment performed for the real size mockup.