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3D numerical simulations of energy transport in the stochastic boundary of TEXTOR-DED with a finite difference method

R. Zagórski, M.W. Jakubowski, A. Kalentev, O. Schmitz, R. Schneider, W. Stepniewski2008年被引用 7Nuclear FusionIF 3出版社

The effect of magnetic field line ergodization that eliminates magnetic surfaces (either by a resonant magnetic perturbation like in TEXTOR-DED or by intrinsic plasma effects like in W7-X) imposes the need for plasma transport models being able to describe this properly. To handle the ergodicity the concept of local magnetic coordinates allowing a correct discretization of the transport equations with minimized numerical errors is used. For the simulation of plasma transport in perturbed volume, a numerical method based on the finite difference concept has been developed, using a custom-tailored unstructured grid in local magnetic coordinates. This grid is generated by field line tracing to guarantee complete separation of the large parallel transport along B and that perpendicular to B and the ergodicity of the magnetic field does not limit applicability of the method in contrast to the methods based on finite volume ansatz. Perpendicular and parallel fluxes can be effectively separated in our approach and treated independently in the numerical method which has been implemented in the FINDIF code.The finite difference code FINDIF is used to investigate the energy transport in the complex 3D TEXTOR-DED tokamak geometry, where the plasma structures and transport are closely related to the structure of the magnetic field lines. Numerical grids have been prepared in order to simulate 12/4 and 6/2 modes of the DED operation, respectively. In particular, the question, what is the role of long and short magnetic field lines in the heat transfer from the core plasma to divertor surface, is addressed. Simulation results are compared with experimentally determined temperature profiles and heat fluxes at the target.

日本語訳

磁力線のエルゴード化(TEXTORにおける共鳴磁気摂動のような外部摂動によるもの、あるいはW7-Xにおける固有のプラズマ効果によるもの)が磁気面を消滅させる効果は、これを適切に記述できるプラズマ輸送モデルの必要性を課す。エルゴード性を扱うために、数値誤差を最小化した輸送方程式の適切な離散化を可能にする局所磁気座標の概念が用いられる。摂動を受けた体積内のプラズマ輸送のシミュレーションのために、局所磁気座標におけるカスタム設計の非構造格子を用いた有限差分法に基づく数値手法が開発された。この格子は磁力線追跡によって生成され、Bに沿った大きな平行輸送とBに垂直な輸送の完全な分離を保証し、有限体積法に基づく手法とは対照的に、磁場のエルゴード性が本手法の適用可能性を制限することはない。平行フラックスと垂直フラックスは本アプローチにおいて効果的に分離され、FINDIFコードに実装された数値手法において独立に扱うことができる。有限差分コードFINDIFは、複雑な3次元TEXTOR-DEDトカマク幾何学におけるエネルギー輸送の調査に用いられ、そこではプラズマ構造と輸送が磁力線の構造と密接に関連している。12/4モードおよび6/2モードのDED動作をシミュレーションするために数値格子がそれぞれ準備された。特に、コアプラズマからダイバータ表面への熱輸送における長い磁力線と短い磁力線の役割という問題が扱われる。シミュレーション結果は、ターゲットにおける実験的に決定された温度分布および熱フラックスと比較される。

装置

textor高精度(タイトル一致)wendelstein-7x低精度(概要文一致)

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TEXTOR
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