The bulk replacement current density triggered by surface charge loss owing to thermionic emission leads to a volumetric Lorentz force which has been observed to drive macroscopic melt layer motion in transient tungsten melting tokamak experiments in which components of different geometries (deliberate leading edges and sloped surfaces) have been exposed to edge localized mode (ELM) pulsed heat loads in high power H-mode discharges. A self-consistent approach is formulated for the replacement current which is based on the magnetostatic limit of the resistive thermoelectric magnetohydrodynamic description of the liquid metal and results in a well-defined boundary value problem for the whole conductor. A new module is incorporated into the incompressible fluid dynamics code MEMOS-3D, which numerically solves the finite difference representation of the problem. The phenomenological approach, employed thus far to describe the replacement current, is demonstrated to be accurate for the sloped geometry but inadequate for the leading edge. MEMOS-3D simulations of very recent ASDEX-Upgrade leading edge experiments with the rigorous as well as the simplified approach are reported. For these simulations, the self-consistent approach predicts a fivefold reduction of the displaced material volume, a sevenfold reduction of the maximum peak height of displaced material and a different eroded surface morphology in comparison with the previously applied simplified approach.
バルク置換電流密度は、熱電子放出による表面電荷損失によって引き起こされ、体積ローレンツ力をもたらす。この力は、高パワーHモード放電における周辺局在モード（ELM）パルス熱負荷に曝された異なる形状（意図的なリーディングエッジと傾斜面）の構成要素を含む過渡的タングステン溶融トカマク実験において、巨視的溶融層運動を駆動することが観察されている。置換電流に対する自己無撞着アプローチが定式化され、これは液体金属の抵抗性熱電磁気流体力学記述の静磁気極限に基づき、導体全体に対する明確な境界値問題をもたらす。新しいモジュールが非圧縮性流体力学コードMEMOS-3Dに組み込まれ、これは問題の有限差分表現を数値的に解く。これまで置換電流を記述するために用いられてきた現象論的アプローチは、傾斜形状に対しては正確であるが、リーディングエッジに対しては不十分であることが示される。厳密なアプローチと簡略化されたアプローチの両方を用いた、ごく最近のASDEX-Upgradeリーディングエッジ実験のMEMOS-3Dシミュレーションが報告される。これらのシミュレーションでは、自己無撞着アプローチは、以前に適用された簡略化アプローチと比較して、変位した材料体積の5分の1への減少、変位した材料の最大ピーク高さの7分の1への減少、および異なる侵食表面形態を予測する。 バルク置換電流密度は、熱電子放出による表面電荷損失によって引き起こされ、体積ローレンツ力をもたらす。この力は、高パワーHモード放電における周辺局在モード（ELM）パルス熱負荷に曝された異なる形状（意図的なリーディングエッジと傾斜面）の構成要素を含む過渡的タングステン溶融トカマク実験において、巨視的溶融層運動を駆動することが観察されている。置換電流に対する自己無撞着アプローチが定式化され、これは液体金属の抵抗性熱電磁気流体力学記述の静磁気極限に基づき、導体全体に対する明確な境界値問題をもたらす。新しいモジュールが非圧縮性流体力学コードMEMOS-3Dに組み込まれ、これは問題の有限差分表現を数値的に解く。これまで置換電流を記述するために用いられてきた現象論的アプローチは、傾斜形状に対しては正確であるが、リーディングエッジに対しては不十分であることが示される。厳密なアプローチと簡略化されたアプローチの両方を用いた、ごく最近のASDEX-Upgradeリーディングエッジ実験のMEMOS-3Dシミュレーションが報告される。これらのシミュレーションでは、自己無撞着アプローチは、以前に適用された簡略化アプローチと比較して、変位した材料体積の5分の1への減少、変位した材料の最大ピーク高さの7分の1への減少、および異なる侵食表面形態を予測する。