Navier–Stokes simulations of liquid beryllium (Be) flows over the straight edge of plasma-facing components are carried out in conditions emulating upper dump plate (UDP) melting observed experimentally in JET. The results demonstrate the existence of three main hydrodynamic regimes featuring various degrees of downstream flow attachment to the underlying solid surface. Transitions between these regimes are characterized by critical values of the Weber number, which quantifies the relative strength of fluid inertia and surface tension, thereby providing a general stability criterion that can be applied to any instance of transient melt events in fusion devices. The predictive capabilities of the model are tested by comparing numerical output with JET data regarding the morphology of the frozen melt layers and the location of Be droplets splashed onto nearby vacuum vessel surfaces as a result of disruption current quench plasmas interacting with the solid Be tiles protecting the upper main chamber regions. Simulations accounting for the coupling between fluid flow and heat transfer confirm the key role played by re-solidification as a stabilizing process, as previously found through macroscopic melt dynamics calculations performed with the MEMOS-U code. The favourable agreement found between the simulations and the general characteristics of the JET Be UDP melt splashing give confidence that the same approach can be applied to estimate the possibility of such mechanisms occurring during disruptions on ITER.
液体ベリリウム(Be)のプラズマ対向部品の直線端部上を流れるナビエ・ストークスシミュレーションを、JETで実験的に観察された上部ダンププレート(UDP)溶融を模擬する条件下で実施した。結果は、下流側の流れの下にある固体表面への付着の程度が異なる3つの主要な流体力学的領域の存在を示している。これらの領域間の遷移は、流体慣性と表面張力の相対的な強さを定量化するウェーバー数の臨界値によって特徴づけられ、それにより核融合装置における過渡的溶融事象のあらゆる事例に適用できる一般的な安定性基準が提供される。モデルの予測能力は、凍結溶融層の形態およびディスラプション電流クエンチプラズマが上部主チャンバー領域を保護する固体Beタイルと相互作用した結果として近傍の真空容器表面に飛散したBe液滴の位置に関するJETデータと数値出力を比較することによって検証される。流体流動と熱伝達の連成を考慮したシミュレーションは、以前にMEMOS-Uコードで実施された巨視的溶融力学計算で見出されたように、安定化プロセスとしての再凝固が果たす重要な役割を確認している。シミュレーションとJET Be UDP溶融飛散の一般的特性との間に見られた良好な一致は、同じ手法をITERでのディスラプション中にそのようなメカニズムが発生する可能性を推定するために適用できるという確信を与えるものである。