AbstractCurrent designs for thick liquid protection of heavy ion inertial fusion reactors utilize banks of liquid jets and vortex flow tubes to protect sensitive beam line components from neutrons and debris following target explosions. These hydraulic protection systems have issues regarding their formation and flow characteristics that need to be further understood as part of the ongoing chamber technology program for IFE. In this paper, modeling and experimental observations and quantitative data for rectangular and circular jets are compared in an effort to illuminate the critical phenomena involved. For rectangular jets a variety of wave patterns have been observed owing to competing effects of turbulence, surface tension and boundary layer formation in nozzles. Modeling of these jet flows using a Large Eddy Simulation technique is a useful tool for understanding the various origin of these waves, and experimenting with techniques to control their behavior. Recommendations for nozzle designs within IFE constraints are presented based on the numerical simulations.
重イオン慣性核融合炉における厚い液体保護の現行設計では、液体ジェットのバンクと渦流管を利用して、ターゲット爆発後の敏感なビームライン構成要素を中性子とデブリから保護している。これらの水圧システムは、その形成と流動特性に関して、IFEの進行中のチャンバー技術プログラムの一部としてさらに理解を深める必要がある課題を抱えている。本論文では、関与する臨界現象を解明することを目的として、矩形ジェットと円形ジェットに関するモデリング、実験的観察、および定量的データを比較する。矩形ジェットでは、ノズル内の乱流、表面張力、および境界層形成の競合効果により、多様な波動パターンが観察されている。ラージ・エディ・シミュレーション手法を用いたこれらのジェット流のモデリングは、これらの波動の様々な起源を理解し、その挙動を制御する実験手法を探求するための有用なツールである。IFEの制約内でのノズル設計に関する推奨事項は、数値シミュレーションに基づいて提示される。