Lead–lithium flows are key features in the design of tokamak breeding blanket concepts such as the dual-coolant lead–lithium (DCLL). Since they flow under magnetic fields, they are affected by magnetohydrodynamic (MHD) effects. The neutron flux originating in the tokamak plasma heats the breeding blanket channels in a non-uniform manner, inducing buoyancy forces in the liquid metal. Buoyancy may become a source of quasi-two-dimensional (Q2D) turbulence, and the appearance of eddies may affect the transport of heat and tritium across the blanket. Blankets characterized by high-speed liquid metal flows (such as DCLL) will need ceramic insulating walls to reduce the MHD-related pressure drop in the channels. In our simulations, we have used the Q2D model proposed by Sommeria and Moreau (SM82) which is especially suitable for modeling electrically insulating channel flows. On top of that, we have modelled buoyancy forces in the momentum equation using the Oberbeck–Boussinesq approximation. In this work, we include a validation of the implemented Q2D model in buoyancy-driven cases and identify a thermohydraulic configuration that promotes the generation of eddies and the accumulation of tritium. We also show the results provided by our post-processing tool based on the bi-dimensional fast Fourier transform for eddy detection and characterization. We complete our investigation by performing an initial assessment of how eddies can accumulate tritium in the breeding blanket. We conclude by discussing the relevance of preventing accumulation of tritium within the blanket and suggest a possible solution.
鉛-リチウム流れは、二重冷却材鉛-リチウム(DCLL)などのトカマク増殖ブランケット概念の設計における主要な特徴である。それらは磁場中を流れるため、電磁流体力学(MHD)効果の影響を受ける。トカマクプラズマに由来する中性子束は、増殖ブランケットの流路を非一様に加熱し、液体金属に浮力を誘起する。浮力は準二次元(Q2D)乱流の発生源となり得る。また、渦の出現はブランケット全体にわたる熱とトリチウムの輸送に影響を与える可能性がある。高速液体金属流を特徴とするブランケット(DCLLなど)は、流路内のMHD関連圧力降下を低減するためにセラミック絶縁壁を必要とする。我々のシミュレーションでは、SommeriaとMoreau (SM82)によって提案されたQ2Dモデルを用いた。このモデルは、電気絶縁性流路内の流れのモデル化に特に適している。さらに、我々は運動量方程式における浮力をOberbeck–Boussinesq近似を用いてモデル化した。本研究では、実装したQ2Dモデルの浮力駆動の場合における検証を行い、渦の生成とトリチウムの蓄積を促進する熱水力構成を特定する。また、渦の検出と特性評価のための2次元高速フーリエ変換に基づく後処理ツールによって提供される結果を示す。渦が増殖ブランケット内でどのようにトリチウムを蓄積させ得るかについて初期評価を行うことにより、我々の調査を完了する。最後に、ブランケット内でのトリチウム蓄積を防ぐことの重要性を議論し、可能な解決策を提案する。