AbstractA program of model development and experimentation has been undertaken to develop innovative methods to provide predictable and controllable thermal barrier regions for solid breeder blankets. In particular, particle beds have been studied because of their unique thermalhydraulic properties. It has been demonstrated that large variations in thermal conductance can be obtained in the thermal barrier region by external control over the gas pressure and composition in a metallic particle bed. By providing this “active” control mechanism, adjustments in the blanket temperature profiles can be made during operation to accommodate changes in power levels, time-dependent changes in material behavior, and design uncertainties. Data are presented for the effective thermal conductivity of several single-size and binary beds of aluminum, for a range of He and N2 gas pressures, and for a number of different porosities. Data for the wall conductance also are presented. The relative contribution to the temperature drop due to wall conductance is smallest in single-size beds with smaller particles. The variation of wall conductance with pressure is small or non-existent, suggesting that the wall region is dominated by conduction through the solid particle contact points, rather than gas in the Smolukovski zones.
固体増殖ブランケットのための予測可能かつ制御可能な熱障壁を提供する革新的な手法を開発するため、モデル開発と実験からなるプログラムが実施されてきた。特に、粒子充填層はその独特な熱流体力学的特性から研究対象とされてきた。金属粒子充填層内のガス圧力と組成を外部から制御することにより、熱障壁領域において熱コンダクタンスの大きな変動が得られることが実証されている。この「能動的」制御機構を提供することにより、ブランケットの温度プロファイルの調整が運転中に可能となり、出力レベルの変化、材料挙動の時間依存性変化、および設計上の不確実性に対応することができる。数種類の単一サイズおよび二成分系アルミニウム充填層について、様々なHeおよびN2ガス圧力範囲、ならびに複数の異なる空隙率に対する実効熱伝導率のデータが提示されている。壁面コンダクタンスに関するデータも提示されている。壁面コンダクタンスによる温度降下への相対的寄与は、より小さな粒子を用いた単一サイズ充填層において最小となる。壁面コンダクタンスの圧力依存性は小さいか、あるいは存在せず、壁面領域はスモルコフスキー領域内のガスではなく、固体粒子間の接触点を通じた伝導によって支配されていることを示唆している。