РФФИ №18-38-00894 мол_а «Исследование теплообмена подъемного течения жидкого металла в прямоугольном канале под влиянием сильных тепловых нагрузок применительно к системе охлаждения реактора-токамака»

18-38-00894 мол_а
Исследование теплообмена подъемного течения жидкого металла в прямоугольном канале под влиянием сильных тепловых нагрузок применительно к системе охлаждения реактора-токамака.

Реализация жидкометаллической концепции охлаждения бланкета термоядерного реактора или термоядерного источника нейтронов — это задача, требующая колоссальный объем исследовательской базы, численной и экспериментальной.  В известных проектах такого охлаждения (DCLL, HCLL и др.), течение жидкого металла осложнено сильными магнитными полями и тепловыми нагрузками. Вместе, эти условия могут приводить к неоднозначным эффектам, тяжело поддающимся теоретическому описанию. Магнитное поле влияет на турбулентное течение электропроводной среды, подавляя пульсации и, следовательно, ламиниризируя поток. Тепловые нагрузки приводят к развитию сил плавучести или, другими словами, термогравитационной конвекции, которая, напротив, создает пульсации.

Данный проект был направлен на исследование течения жидкого металла в прямоугольном канале в условиях двустороннего обогрева канала и существенного воздействия сил плавучести. Ранее руководителем была получена обобщающая зависимость, характеризующая воздействие магнитного поля в рассматриваемой конфигурации. В этом проекте, в результате обобщения данных составлена зависимость, учитывающая влияние термогравитационной конвекции. В качестве основного инструмента создания расчетно-теоретических моделей, был выбран подход, основанный на анализе эволюции профилей интенсивности температурных пульсаций с изменением режимных параметров.

Основные параметры, определяющие режим течения это: число Рейнольдса, характеризующее вынужденную конвекцию; число Гартмана , характеризующее влияние магнитного поля; число, характеризующее свободную конвекцию. Оказалось, что влияние сил плавучести на профили пульсаций равномерно, так же, как и влияние магнитного поля. Следовательно, искомая модель зависит только от чисел Re, Ha, Grq, но не от координаты. Результаты обобщения представлены на рисунке 1, где σ и σ0 – это соответственно интенсивность пульсаций в магнитном поле и без.

Рисунок 1 — Зависимость подавления турбулентных пульсаций с изменением Grq, Ha, Re. Грасгофа. 1 – Grq=1·108, 2 – Grq=2·108, 3 – Grq=5·108, 4 – Grq=8·108.