Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6802

Magnetohydrodynamic flow in the Dual Coolant Blanket

L. Bühler and P. Norajitra

Abstract
The magnetohydrodynamic flow in the improved Dual Coolant Blanket is analyzed with focus on velocity distribution and pressure drop for a fully developed flow in the long poloidal rectangular channels. The fluid in the channels is insulated from the electrically conducting walls by means of ceramic flow channel inserts for pressure drop reduction. It is found that the pressure drop for the poloidal flow is low even if the insulation provided by the insert is not perfect. The distribution of velocity in a laminar regime is not optimal for heat transfer if the electric conductivity of the insert is too high. Then most of the fluid is carried along the side walls in jets with high velocity. Such flows tend to develop instabilities associated with intense mixing.

Three-dimensional effects near expansions and contractions cause a major fraction of the total pressure drop. Results for flows in these geometric elements have been obtained by using empirical correlations which had been derived for di.erent geometries. More detailed analysis would require 3D inertial computations which are foreseen in future. For validation experiments are recommended.

Magnetohydrodynamische Strömungen im Dual Coolant Blanket

Zusammenfassung
In diesem Bericht werden magnetohydrodynamische Strömungen im verbesserten Dual Coolant Blanket untersucht. Von besonderem Interesse sind dabei die Verteilung der Geschwindigkeit und der Druckverlust in den langen poloidalen Rechteckkanälen. Das Fluid in diesen Kanälen ist von den elektrisch leitenden Wänden durch keramische Strömungskanaleinsätze isoliert, um den Druckverlust zu reduzieren. Der Druckverlust in den poloidalen Kanälen ist selbst bei einer nicht perfekten Isolation klein. Die Geschwindigkeitsverteilung ist jedoch, in Bezug auf die abzuführende Wärme, nicht optimal, falls die elektrische Leitfähigkeit der Strömungskanaleinsätze zu groß wird. In einem solchen Fall wird der größte Teil des Fluids entlang der Seitenwände in Jets mit relativ hohen Geschwindigkeiten geführt. Solche Strömungen neigen gewöhnlich zur Ausbildung hydrodynamischer Instabilitäten, was dann wiederum eine intensive Vermischung zur Folge hätte.

Der größte Anteil am Gesamtdruckverlust entsteht im Bereich von Expansionen und Kontraktionen. Zur Ermittlung dieser Anteile wurden empirische Korrelationen angewandt, die für andere Geometrien entwickelt wurden. Detailliertere Rechnungen erfordern trägheitsbehaftete 3D Rechnungen, die für ähnliche Anwendungen geplant sind. Zur Validierung werden Experimente empfohlen.

VOLLTEXT

BIBLIOTHEK