AbstractThe purpose of this paper is to present our recent efforts on 3D MHD model development and our results based on the technique derived from induced-magnetic-field equations. Two important features are utilized in our numerical method to obtain convergent solutions. First, a penalty factor is introduced in order to force the local divergence free condition of the magnetic fields. The second is that we extend the insulating wall thickness to ensure that the induced magnetic field at its boundaries is null. These simulation results for lithium film free surface flows under NSTX outboard mid-plane magnetic field configurations have shown that 3D MHD effects from a surface normal field gradient cause return currents to interact with surface normal fields and produce unfavorable MHD forces. This leads to a substantial change in flow pattern and a reduction in flow velocity, with most of the flow spilling over one side of the chute. These critical phenomena can not be revealed by 2D models. Additionally, a design which overcomes these undesired flow characteristics is obtained.
本論文の目的は、3D MHDモデル開発における最近の取り組みと、誘導磁場方程式から導出された手法に基づく結果を提示することである。収束解を得るための数値手法では、2つの重要な特徴を利用している。第一に、磁場の局所的な非発散条件を強制するためにペナルティ係数を導入することである。第二に、境界における誘導磁場がゼロとなることを保証するために、絶縁壁の厚さを拡張することである。NSTX外側中平面磁場配位の下でのリチウム薄膜自由表面流に対するこれらのシミュレーション結果は、表面法線方向の磁場勾配に起因する3D MHD効果が、帰還電流と表面法線方向磁場との相互作用を引き起こし、好ましくないMHD力を生じさせることを示している。これにより、流動パターンに substantial な変化が生じ、流速が低下し、流れの大部分がシュートの片側へ溢れ出る結果となる。これらの重要な現象は2Dモデルでは明らかにすることができない。さらに、これらの望ましくない流動特性を克服する設計が得られている。