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IFMIF/EVEDAの液体リチウムターゲットアセンブリ用整流器に関する計算流体力学による最適設計の研究

A Research on computation fluid dynamics (CFD) to optimize the designing of flow straightener of IFMIF/EVEDA liquid Lithium target assembly

藤城 興司; 井田 瑞穂; Groeshel, F.*; 近藤 浩夫; 若井 栄一; 杉本 昌義

Fujishiro, Koji; Ida, Mizuho; Groeshel, F.*; Kondo, Hiroo; Wakai, Eiichi; Sugimoto, Masayoshi

IFMIF(国際核融合材料照射施設)は核融合炉原型炉等の開発を目指して計画されている核融合中性子(14MeV)を模擬した大強度中性子源である。2007年からは、日欧協力のもと、IFMIFの工学実証・工学設計活動(EVEDA)を実施している。ターゲットアセンブリについては高真空(10$$^{-3}$$Pa)に安定したリチウム噴流(ノズル出口速度20m/s,厚み精度25$$pm$$2mm)を形成する要件に加え、中性子生成に伴う核発熱,その除熱,凹面背板に関係した流体の安定性,加速器側へのリチウム蒸散量など、種々の評価を進めている。本研究ではリチウム流の安定性に重要な役割を果たす整流器について、設計製作した技術仕様の詳細検討を、有限体積法(FLUENT)を用い、おもに負庄環境下で評価した。矩形断面の整流器は円形断面の配管から、断面形状変換部を通じて接続され、一つのハニカムと多孔板とから構成されていることから、解析の結果、乱流強度の減衰は最下流の多孔板とノズル入口の距離を適切に設定することで得られ、この調整を行うことで好ましい整流状態が得られることがわかった。

International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF) is a high-intensity neutron source that simulates fusion neutron (14 MeV), and is being planned aiming at the development of fusion reactor materials. Since 2007, Engineering Varidation and Engineering Design Activities (EVEDA) has been promoted in cooperation with Japan and Europe. In the target assembly, the requirement onto each difficulties are exist (i.e. form a stable lithium jet: thickness 25 with 2 mm accuracy, nozzle exit velocity 20 m/s under high vacuum (10$$^{-3}$$ Pa]) condition), and multi-focused countermeasures has been made. In this study, Flow Straightener which plays an important role for the stability of the lithium jet and which is designed and manufactured for EVEDA test facility, was evaluated under negative pressure environment using code FLUENT. The Flow Straightener has a shape conversion unit, a honeycomb and some porous plates. According the result of this analysis, it was found that the rectification properly of Flow Straightener is obtained as the function of the distance with the nozzle inlet and the most-downstream perforated plate, and was found that commutation state is obtained to adjust this length.

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