Numerical simulations of liquid metal (LM) magnetohydrodynamic (MHD) flows in a prototypical dual coolant lead lithium (DCLL) blanket module have been performed under conditions relevant to a real LM blanket system, i.e. strong magnetic field of 5 T (Hartmann number Ha ∼ 104) and poloidal flow velocity of 0.1 m s−1 (Reynolds number Re ∼ 105). The proposed blanket model includes all essential sub-components of a real LM blanket: radial supply ducts, inlet and outlet manifolds, multiple poloidal ducts and a U-turn zone. The computations were performed using a DNS-like finite-volume code on a very fine mesh of ∼ 320 × 106 cells to accurately capture all flow features. Four cases have been simulated, including: Case 1 for electrically conducting walls, Case 4 for non-conducting walls, and Cases 2 and 3 with partial SiC FCIs electrical insulation of the blanket conduits using silicon carbide flow channel inserts placed at selected locations. In these four cases, the computed MHD flows were analyzed for: (1) MHD pressure drop, (2) flow distribution, (3) flows in particular blanket components, (4) 3D and flow development effects, and (5) unsteady flows. Many important conclusions have been made, regarding effectiveness of the FCI to reduce the MHD pressure drop, flow balancing in the parallel channels, characteristic flow patterns in all blanket sub-components, electromagnetic coupling between the flows, 3D MHD effects, flow development length, and unsteady effects. This study is limited to purely MHD flows. Next study will focus on a DCLL blanket with a volumetric heating.
液体金属（LM）磁気流体力学（MHD）流れの数値シミュレーションを、実機のLMブランケットシステムに関連する条件下で、典型的な二重冷却材鉛リチウム（DCLL）ブランケットモジュールに対して実施した。すなわち、5 Tの強磁場（ハルトマン数Ha ∼ 10⁴）および0.1 m s⁻¹のポロイダル流（レイノルズ数Re ∼ 10⁵）である。提案するブランケットモデルには、実機のLMブランケットの主要なサブコンポーネントである、半径方向供給ダクト、入口・出口マニホールド、複数のポロイダルダクト、およびUターン領域がすべて含まれる。計算は、DNS相当の有限体積法コードを用いて、約3.2×10⁸セルの非常に細かいメッシュ上で実施し、すべての流れの特徴を捉えた。4つのケースをシミュレーションした。すなわち、ケース1は電気伝導性壁、ケース4は非伝導性壁、ケース2およびケース3は、ブランケット導管の一部に炭化ケイ素FCI（流路挿入物）による電気絶縁を施した場合である。これらの4つのケースについて、計算されたMHD流れを以下の観点から解析した：（1）MHD圧力損失、（2）流量分布、（3）各ブランケット構成要素内の流れ、（4）3次元効果および流れの発達、（5）非定常流れ。FCIがMHD圧力損失の低減に有効であること、並列チャネル間の流量バランス、全ブランケットサブコンポーネントにおける特徴的な流れパターン、流れ間の電磁結合、3次元MHD効果、流れの発達長、および非定常効果に関して、多くの重要な結論が得られた。本研究は純粋なMHD流れのみに限定されている。次段階の研究では、体積加熱を伴うDCLLブランケットに焦点を当てる予定である。