On the pathway toward full simulations for a liquid metal (LM) blanket, this part 2 extends a previous study of purely magnetohydrodynamic (MHD) flows in a DCLL blanket in reference Chen et al (2020 Nucl. Fusion60 076003) to more general conditions when the MHD flow is coupled with heat transfer. The simulated prototypic blanket module includes all components of a real LM blanket system, such as supply ducts, inlet and outlet manifolds, multiple poloidal ducts and a U-turn zone. Volumetric heating generated by fusion neutrons is added to simulate thermal effects in the flowing lead–lithium (PbLi) breeder. The MHD flow equations and the energy equation are solved with a DNS-type finite-volume code 'MHD-UCAS' on a very fine mesh of 470 × 106 cells. The applied magnetic field is 5 T (Hartmann number Ha ∼ 104), the PbLi velocity in the poloidal ducts is 10 cm s−1 (Reynolds number Re ∼ 105), whereas the maximum volumetric heating is 30 MW m−3 (Grashof number Gr ∼ 1012). Four cases have been simulated, including forced- and mixed-convection flows, and either an electrically conducting or insulating blanket structure. Various comparisons are made between the four computed cases and also against the purely MHD flows computed earlier in reference Chen et al (2020 Nucl. Fusion60 076003) with regards to the (1) MHD pressure drop, (2) flow balancing, (3) temperature field, (4) flows in particular blanket components, and (5) 3D and turbulent flow effects. The strongest buoyancy effects were found in the poloidal ducts. In the electrically non-conducting blanket, the buoyancy forces lead to significant modifications of the flow structure, such as formation of reverse flows, whereas their effect on the MHD pressure drop is relatively small. In the electrically conducting blanket case, the buoyancy effects on the flow and MHD pressure drop are almost negligible.
液体金属（LM）ブランケットの完全シミュレーションへの道筋において、本パート2は、Chenら（2020 Nucl. Fusion 60 076003）の参考文献におけるDCLLブランケット内の純粋な電磁流体力学（MHD）流れに関する先行研究を、MHD流れが熱伝達と連成するより一般的な条件に拡張するものである。シミュレーション対象のプロトタイプブランケットモジュールには、供給ダクト、入口および出口マニホールド、複数のポロイダルダクト、Uターン領域など、実機のLMブランケットシステムの全構成要素が含まれる。核融合中性子によって生成される体積発熱を追加し、流動する鉛リチウム（PbLi）増殖材の熱的効果をシミュレートする。MHD流れ方程式とエネルギー方程式は、DNS型有限体積コード「MHD-UCAS」を用いて、470×10⁶セルの非常に細かいメッシュ上で解かれる。印加磁場は5 T（ハルトマン数Ha ∼ 10⁴）、ポロイダルダクト内のPbLi速度は10 cm s⁻¹（レイノルズ数Re ∼ 10⁵）、最大体積発熱は30 MW m⁻³（グラスホフ数Gr ∼ 10¹²）である。強制対流および混合対流の流れ、ならびに電気伝導性または絶縁性のブランケット構造を含む4つのケースがシミュレーションされた。4つの計算ケース間の種々の比較に加え、先行研究Chenら（2020 Nucl. Fusion 60 076003）で計算された純粋なMHD流れとの比較が、（1）MHD圧力損失、（2）流量バランス、（3）温度場、（4）特定のブランケット構成要素内の流れ、および（5）3次元および乱流効果に関して行われる。最も強い浮力効果はポロイダルダクト内で見られた。電気非伝導性ブランケットでは、浮力により逆流の形成など流れ構造の有意な変化が生じる一方、MHD圧力損失への影響は比較的小さい。電気伝導性ブランケットの場合、流れおよびMHD圧力損失に対する浮力の影響はほぼ無視できる程度である。