Study on surface wave characteristics of free surface flow of liquid metal lithium for IFMIF

IFMIF開発に向けた液体金属リチウム自由表面流れの表面波特性に関する研究

帆足 英二*; 杉浦 寛和*; 鈴木 幸子*; 金村 卓治; 近藤 浩夫; 山岡 信夫*; 堀池 寛*

Hoashi, Eiji*; Sugiura, Hirokazu*; Suzuki, Sachiko*; Kanemura, Takuji; Kondo, Hiroo; Yamaoka, Nobuo*; Horiike, Hiroshi*

国際核融合材料照射施設(IFMIF)において、重陽子ビームのターゲットとして液体金属リチウム(Li)の自由表面流が採用される計画である。IFMIFのシステム健全性を担保するためには、自由表面波の特性を把握することが非常に重要である。本論文では、大阪大学リチウムループにて実験的に得られた波高や波速などの波の特性と、数値流体力学(CFD)コードであるFLUENTを用いて得られた解析結果を示す。実験においては、接触式液面計と呼ぶ計測器を用いて波高を計測した。また、波速は高速度ビデオの画像を解析して得た。CFD解析を内部流れと自由表面との関連を調査するために実施し、計算結果を実験データと比較した。その結果、表面波の発達メカニズムに関する知見を得た。

Free surface flow of a liquid metal Lithium (Li) is planned as a target irradiated by two deuteron beams to generate intense neutrons and it is thus important to obtain knowledge of the surface wave characteristic for the safety and the efficiency of system in the IFMIF. This paper reports the results of the wave height and the surface velocity examined experimentally using a Li loop at Osaka University and numerically using computational fluid dynamics (CFD) code, FLUENT. In the experiment, an electro-contact probe apparatus was used to obtain the wave height, and a high speed video was used to measure the surface velocity. A CFD simulation was also conducted to obtain information on the relation of the free surface with the inner flow. In the simulation, the model included from a two-staged contraction nozzle to a flow channel with a free surface flow region and simulation results were compared with the experimental data. We resulted in knowledge of the surface wave growth mechanism.