The behavior of free-surface, liquid-metal flows exposed to both magnetic fields and an injected electric current is investigated via experiment and numerical simulations. The purpose of this paper is to provide an experimental and theoretical proof-of-concept for enhanced thermal mixing within fast-flowing, free-surface, liquid-metal plasma facing components that could be used in next-generation fusion reactors. The enhanced hydrodynamic and thermal mixing induced by non-uniform current density near the electrodes appears to improve heat transfer through the thickness of the flowing metal. Also, the outflow heat flux profile is strongly affected by the impact of the J × B forces on flow velocity. The experimental results are compared to COMSOL simulations in order to lay the groundwork for future liquid-metal research.
磁場と注入電流の両方にさらされる自由表面液体金属流の挙動を、実験と数値シミュレーションによって調査する。本論文の目的は、次世代核融合炉で使用される可能性のある高速流動・自由表面液体金属プラズマ対向部品内の熱混合強化に関する実験的および理論的な概念実証を提供することである。電極近傍の非一様な電流密度によって誘起される流体力学的および熱的混合の強化は、流動金属の厚さ方向の熱伝達を改善するように見える。また、流出熱流束プロファイルは、J × B力が流速に与える影響によって強く影響を受ける。実験結果は、将来の液体金属研究の基礎を築くために、COMSOLシミュレーションと比較される。