AbstractAn unsintered packed bed has been suggested as a material form for the solid breeder and multiplier in fusion reactor blankets. Study of the effective bed thermal conductivity can provide tools for analysis of the blanket performance under different operating conditions, and for analysis of how to control actively the thermal behavior of the blanket. Issues of particular interest are the ability to predict and to control the thermal conductivity. The UCLA 2-D model is used to study the effects of the particle diameter, solid-to-gas conductivity ratio, bed porosity, contact area and surface roughness characteristics on the bed thermal conductivity. The study shows that all the parameters except the bed porosity play important roles in determining the bed thermal controllability. The effect of the bed porosity is minimal. Four models (the UCLA 2-D model, the modified Hall-Martin model, the SZB model, and the Kunii-Smith model) were compared with the recent UCLA single-size beryllium packed bed experimental data. The sensitivity of each model to uncertainties in the input parameters, such as the surface roughness characteristics and particle-to-particle contact area, are examined. The UCLA 2-D model gives the most reliable prediction of the Be-He packed bed effective thermal conductivity, using reasonable parameters. The modified Hall-Martin model predictions agree well with the experimental data, using a larger empirical particle-to-particle contact area. The SZB model works well for BeN2 or Be-air particle beds. The Kunii-Smith model is not suitable for a packed bed with a high solid-to-gas conductivity ratio.
未焼結の充填層は、核融合炉ブランケットにおける固体増殖材および増倍材の材料形態として提案されている。有効充填層熱伝導率の研究は、異なる運転条件下でのブランケット性能の解析、およびブランケットの熱挙動を能動的に制御する方法の解析のためのツールを提供することができる。特に重要な課題は、熱伝導率を予測し制御する能力である。UCLA 2次元モデルを用いて、粒子径、固体-ガス熱伝導率比、充填層空隙率、接触面積、および表面粗さ特性が充填層熱伝導率に及ぼす影響を調査した。研究結果は、充填層空隙率を除くすべてのパラメータが充填層の熱制御性を決定する上で重要な役割を果たすことを示している。充填層空隙率の影響はわずかである。4つのモデル（UCLA 2次元モデル、修正Hall-Martinモデル、SZBモデル、およびKunii-Smithモデル）を、最近のUCLA単一サイズベリリウム充填層実験データと比較した。各モデルの不確実性パラメータ（表面粗さ特性や粒子間接触面積など）に対する感度を検討した。UCLA 2次元モデルは、妥当なパラメータを用いて、Be-He充填層の有効熱伝導率の最も信頼性の高い予測を与える。修正Hall-Martinモデルは、より大きな経験的粒子間接触面積を用いることで、実験データとよく一致する予測を与える。SZBモデルは、Be-N₂またはBe-空気粒子充填層に対して良好に機能する。Kunii-Smithモデルは、固体-ガス熱伝導率比が高い充填層には適さない。