In the liquid metal (LM) blanket design for magnetic confinement fusion reactors, manifolds including main and branch ducts are commonly used to direct fluids to various locations of the blanket to cool its components. The primary objective of this structural configuration is to achieve flow balancing within each branch duct. However, magnetohydrodynamic effects will cause uneven flow distribution, consequently, uncontrollable overheating phenomena in certain blanket segments may be caused by this flow distribution. To assess its impact, the influences of external magnetic fields, inlet velocities and coupling wall thicknesses on the flow partitioning in conductive manifolds are investigated in this study. The results indicate that the flow distribution among the branch ducts becomes less uniform as the external magnetic field strength increases, while varying the inlet velocity has minimal impact. In addition, increasing the coupling wall thickness leads to more even flow distribution when the rectangular branch ducts are perpendicular with the magnetic field direction. Based on above physical understanding, three controlling methods for the flow partitioning in conductive manifolds are proposed to achieve flow balancing in each branch duct and then validated through numerical simulations. The results indicate that flow balancing can be achieved by adjusting the coupling wall thickness when the rectangular branch ducts are aligned with the magnetic field direction, however, it is challenging when they are perpendicular. Furthermore, the flow balancing can be realized by a symmetrical design of the manifold with circular branch pipes and it is independent of external magnetic fields and inlet velocities. These findings will enhance the physical understanding of flow distribution patterns in conductive manifolds under strong magnetic fields, which is important for the flow control and design of manifolds in LM blankets.
磁気閉じ込め核融合炉用の液体金属（LM）ブランケット設計において、主ダクトおよび分岐ダクトを含むマニホールドは、ブランケットの各部品を冷却するために流体を様々な場所へ導くために一般的に使用される。この構造構成の主な目的は、各分岐ダクト内の流量バランスを達成することである。しかしながら、磁気流体力学効果は不均一な流量分布を引き起こし、その結果、この流量分布によりブランケットの特定の区画で制御不能な過熱現象が生じる可能性がある。その影響を評価するために、本研究では、外部磁場、入口速度、および結合壁厚さが導電性マニホールド内の流量分配に及ぼす影響を調査した。結果は、外部磁場強度が増加するにつれて分岐ダクト間の流量分布が不均一になる一方、入口速度の変更はほとんど影響を与えないことを示している。さらに、矩形分岐ダクトが磁場方向と垂直である場合、結合壁厚さを増加させると流量分布がより均一になる。上記の物理的理解に基づき、各分岐ダクトの流量バランスを達成するために導電性マニホールド内の流量分配に対する3つの制御方法を提案し、数値シミュレーションにより検証した。結果は、矩形分岐ダクトが磁場方向と平行である場合には結合壁厚さを調整することで流量バランスを達成できるが、垂直である場合には困難であることを示している。さらに、円形分岐管を有するマニホールドの対称設計により流量バランスを実現でき、これは外部磁場や入口速度に依存しない。これらの知見は、強磁場下における導電性マニホールド内の流量分布パターンの物理的理解を深め、LMブランケットにおけるマニホールドの流量制御および設計にとって重要である。