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Nonlinear fluid simulation of particle and heat fluxes during burst of ELMs on DIII-D with BOUT++  code

T. Y. Xia, X. Q. Xu2015年被引用 48Nuclear FusionIF 3出版社

In order to study the distribution and evolution of the transient particle and heat fluxes during edge-localized mode (ELM) bursts, a BOUT++  six-field two-fluid model based on the Braginskii equations with non-ideal physics effects is used to simulate pedestal collapse in divertor geometry. The profiles from the DIII-D H-mode discharge #144382 with fast target heat flux measurements are used as the initial conditions for the simulations. A flux-limited parallel thermal conduction is used with three values of the flux-limiting coefficient , free streaming model with , sheath-limit with , and one value in between. The studies show that a 20 times increase in leads to  ∼6 times increase in the heat flux amplitude to both the inner and outer targets, and the widths of the fluxes are also expanded. The sheath-limit model of flux-limiting coefficient is found to be the most appropriate one, which shows ELM sizes close to the measurements. The evolution of the density profile during the burst of ELMs of DIII-D discharge #144382 is simulated, and the collapse in width and depth of are reproduced at different time steps. The growing process of the profiles for the heat flux at divertor targets during the burst of ELMs measured by IRTV (infrared television) is also reproduced by this model. The widths of heat fluxes towards targets are a little narrower, and the peak amplitudes are twice the measurements possibly due to the lack of a model of divertor radiation which can effectively reduce the heat fluxes. The magnetic flutter combined with parallel thermal conduction is found to be able to increase the total heat loss by around 33% since the magnetic flutter terms provide the additional conductive heat transport in the radial direction. The heat flux profile at both the inner and outer targets is obviously broadened by magnetic flutter. The lobe structures near the X-point at LFS are both broadened and elongated due to the magnetic flutter.

日本語訳

ELMバースト中の過渡的な粒子および熱フラックスの分布と発展を研究するため、BOUT++六場二流体モデル(非理想物理効果を含むブラギンスキー方程式に基づく)を用いて、ダイバータ形状におけるペデスタル崩壊のシミュレーションを行った。DIII-D Hモード放電#144382のプロファイル(高速ターゲット熱フラックス測定値を含む)を初期条件として使用した。フラックス制限平行熱伝導には、フラックス制限係数の3つの値、すなわち自由ストリーミングモデル、シース制限モデル、およびその中間の値を用いた。研究により、フラックス制限係数を20倍に増加させると、内側および外側ターゲットへの熱フラックス振幅が約6倍に増加し、フラックスの幅も拡大することが示された。フラックス制限係数にはシース制限モデルが最も適切であり、ELMサイズが測定値に近い結果が得られた。DIII-D放電#144382のELMバースト中の密度プロファイルの時間発展をシミュレーションし、崩壊の幅と深さが異なる時間ステップで再現された。赤外線テレビ(IRTV)による測定で得られたELMバースト中のダイバータターゲットでの熱フラックスプロファイルの成長過程もこのモデルによって再現された。ターゲットに向かう熱フラックスの幅は測定値よりやや狭く、ピーク振幅は測定値の2倍であったが、これはダイバータ放射を効果的に低減するモデルが欠如しているためと考えられる。磁気フラッターと平行熱伝導を組み合わせることで、全熱損失が約33%増加することが明らかになった。これは、磁気フラッター項が径方向の追加的な熱伝導輸送を提供するためである。磁気フラッターにより、内側および外側ターゲットの両方における熱フラックスプロファイルが明確に広がることが示された。また、低磁場側(LFS)のX点近傍におけるローブ構造は、磁気フラッターによって拡大かつ伸長することが明らかになった。

装置

diii-d高精度(タイトル一致)

wiki

DIII-DEdge localized modeBOUT
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