实验包层流道插件MHD效应的数值模拟研究

流道插件（FCI）结构是聚变反应堆双冷液态金属实验包层研究中为降低MHD压降而于近几年提出的新的概念设计方案。不同FCI结构以及各种流况下FCI磁流体管流内引导电流的分布、流场以及MHD的压降的改变是目前流道插件结构设计中最为关心、且仍未解决的问题之一。针对FCI设计中存在的内外压力平衡、材料选取以及磁流体动力学不稳定性的问题，申请者在原有工作基础上，通过改进并结合最新的磁流体管流数值模拟方法，建立适用于大哈德曼数、非均匀磁场、可导壁面的FCI距形磁流体管流的数值模拟方法，研究非均匀磁场中距形流道插件的MHD效应， 分析FCI中影响MHD压降的因素，探索如何有效抑制磁流体动力学不稳定性。这项课题的完成将为FCI结构设计中内外压力平衡方案的优选、流道插件结构材料的选取、以及流道插件结构的优化设计提供理论依据，也为我国参与国际ITER计划，在ITER上完成自主设计的TBM实验打下良好的理论基础

流道插件（FCI）结构是聚变反应堆液态金属包层研究中为降低MHD压降而提出的设计方案。为研究带流道插件矩形管流的磁流体动力学效应，开发了二维稳态、不可压缩、完全发展的、均匀强磁场下液态金属磁流体管流的数值模拟程序。开发了三维非稳态、不可压缩、完全发展的、均匀和非均匀强磁场下液态金属磁流体管流的数值模拟程序。.采用二维和三维数值模型程序对应用于聚变反应堆包层带通道插件和压力平衡槽隙的矩形磁流体管流的磁流体动力学效应进行数值模拟。研究了哈特曼数、流道插件材料的电导率、流道插件布放位置和插件的几何尺寸对速度分布、MHD压降的影响。数值模拟结果表明，绝缘插件能有效的降低MHD压降，且随着哈特曼数的增加，通道插件结构降低MHD压降越有效。综合考虑速度分布和MHD压降建议压力平衡槽置于垂直于外加磁场的插件壁。三维的数值模拟结果表明，对于带流道插件的磁流体管流其截面上的压力分布不均匀，压力分布具有三维效应。不考虑三维效应的情况下要降低MHD压降则压力平衡槽和缝隙的宽度均应尽可能小。数值模拟结果与实验结果比较在速度分布上差异表明有必要继续从理论和实验研究带流道插件的磁流体管流。