A typical dual-coolant lead lithium liquid blanket employs eutectic liquid lithium lead alloy as coolant and tritium breeder for Tokamak nuclear fusion reactor, and is responsible for transporting heat and tritium. The blanket is subjected to both strong magnetic field and strong radially non-uniform neutron volume heating. The flow of liquid metal is influenced by the combined effects of magnetohydrodynamics (MHD), buoyancy, and inertial effects, resulting in a complex MHD mixed convection phenomenon. This study employs direct numerical simulation based on finite volume method to analyze the flow, heat transfer, and mass transfer within blanket unit. The results demonstrate that mixed convection has a significant impact on the MHD pressure drop and flow characteristics. The complex MHD mixed convection gives rise to a considerable number of vortices, particularly in regions of the turn and the downward poloidal duct. The formation of low-speed zones and jets within the blanket has the potential to significantly impact heat and mass transfer, leading to the accumulation of heat and tritium. On the other hand, the markedly elevated tritium production rate is a significant contributing factor to the obviously elevated tritium concentration in the vicinity of the first wall.
典型的な二重冷却鉛リチウムブランケットは、トカマク核融合炉の冷却材兼トリチウム増殖材として共晶鉛リチウム液体を用いており、熱とトリチウムの輸送を担っている。このブランケットは、強磁場と半径方向に強い不均一性を持つ中性子体積加熱の両方にさらされる。液体金属の流動は、電磁流体力学（MHD）、浮力、慣性の複合的な影響を受け、複雑なMHD混合対流現象を生じさせる。本研究では、有限体積法に基づく直接数値シミュレーションを用いて、ブランケットユニット内の流動、伝熱、および物質輸送を解析した。その結果、混合対流がMHD圧力損失と流動特性に大きな影響を及ぼすことが実証された。複雑なMHD混合対流は、特にターン部と下降ポロイダルダクトにおいて、かなりの数の渦を発生させる。ブランケット内の低速域とジェット流の形成は、伝熱と物質輸送に大きな影響を及ぼす可能性があり、熱とトリチウムの蓄積をもたらす。一方、著しく高いトリチウム生成率は、第一壁近傍におけるトリチウム濃度の顕著な上昇に寄与する主要因である。