AbstractLiquid metal cooling for the first wall and blanket of a magnetic confinement fusion reactor has various advantages. However, it has the disadvantages of large magnetohydrodynamic pressure drops and heat transfer deterioration under a strong magnetic field. Thus, the present authors have proposed cooling with a helium-lithium annular mist flow as well as the cooling with a liquid metal boiling flow, and as fundamental studies, investigated the effect of a magnetic field on the flow characteristics and heat transfer of liquid metal two-phase systems since the 1970s. In the present paper we summarize the important findings obtained from our experimental studies for (i) an air-mercury stratified flow in a horizontal rectangular channel, (ii) a helium-lithium annular mist flow in a horizontal rectangular channel, (iii) the mercury pool boiling on a horizontal surface, and (iv) air-mercury upward flows in a vertical circular tube. Based on the results, the research subjects for the development of the liquid metal two-phase flow cooling systems are discussed.
磁気核融合炉の第一壁およびブランケットの液体金属冷却には様々な利点がある。しかしながら、強磁場下における大きな電磁流体力学圧力損失と熱伝達劣化という欠点がある。そこで、著者らはヘリウム-リチウム環状ミスト流による冷却および液体金属沸騰流による冷却を提案し、1970年代以降、液体金属二相流の流動特性と熱伝達に及ぼす磁場の影響に関する基礎研究を行ってきた。本論文では、(i)水平矩形流路内の空気-水銀成層流、(ii)水平矩形流路内のヘリウム-リチウム環状ミスト流、(iii)水平面上における水銀プール沸騰、および(iv)鉛直円管内の空気-水銀上昇流に関する実験研究から得られた重要な知見をまとめる。これらの結果に基づき、液体金属二相流冷却システムの開発に向けた研究課題について考察する。