مطالعه عددی و بررسی اثر میدان مغناطیسی بر میدان سرعت و افت فشار در بلنکت دوتایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مدیر گروه مهندسی مکانیک گروه مهندسی مکانیک دانشگاه سیستان و بلوچستان

2 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

3 دانشگاه مهندسی فناوری‌های نوین قوچان*مکانیک

چکیده

پژوهش حاضر به مطالعه ساختار یک بلنکت دوتایی و بررسی رفتار هیدرودینامیک سیال فلز مایع تحت تاثیر میدان مغناطیسی برای یک راکتور گداخت هسته‌ای پرداخته است. مطالعه عددی صورت گرفته بر روی جریان داخل یک مجرای بلنکت می‌باشد که سیال توسط جداکننده از بدنه جدا شده‌است. از این ساختار جداکننده هم به عنوان عایق حرارتی و هم به عنوان کاهنده افت فشار استفاده می‌شود. با در نظر گرفتن هدایت الکتریکی برای سیال، اصول مگنتوهیدرودینامیک نیز در نظر گرفته شده است. موضوعاتی که برای بررسی انتخاب شده است عبارتند از: تاثیر شدت میدان مغناطیسی، هدایت الکتریکی دیواره جداکننده، ضخامت ساختار جداکننده و فاصله آن تا دیواره اصلی، بر میزان افت فشار و همچنین تبیین رفتار پروفیل سرعت تحت تغییر میدان مغناطیسـی. با توجه به نتایج به دست آمده افزایش شدت میدان مغناطیسی ازT 4/0 تا T1 باعث افزایش 4 برابری افت فشار می‌گردد. همچنین کاهش هدایت الکتریکی دیواره جداکننده ازS/m500 تا S/m5 باعث کاهش افت فشار 35 درصدی می‌شود. بررسی‌های انجام شده در خصوص تغییر ضخامت ساختار جداکننده در 16 حالت مختلف نشان داد که تغییر ضخامت، با عرض شکاف برابر تاثیر چندانی بر افت فشار ندارد ولی با افزایش فاصله آن تا دیواره، افت فشار و به تبع آن توان پمپاژ کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical study and investigation of the effect of magnetic field on fluid hydrodynamic behavior

نویسندگان [English]

  • Faramarz Sarhaddi 1
  • Hassan Sanaei 2
  • Said Farahat 2
  • Seyed Mohammad Javadi 3
1 Head of Department of Mechanical Engineering Research Laboratory of Renewable Energies and Electromagnetic Fluids, Department of Mechanical Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
3 Department of Mechanical Engineering, Quchan Technology University, Quchan, Iran
چکیده [English]

This research represents the dual blanket structure and liquid metal fluid hydrodynamic characteristic under magnetic field. Numerical study of the flow inside the blanket which is separated by separator structure from the shell side is done. This structure is used for both thermal insulation and pressure drop reducing mechanism. As the fluid has electrical conductivity properties, magnetohydrodynamic analysis is also done. In the current study following analyses are done: magnetic field effect, wall electrical conductivity, baffle thickness and its distance from wall in on pressure drop, as well as explaining the behavior of velocity profile under magnetic field changes. According to the result increasing the magnetic field from 0.4 T to 1 T increasing the pressure drop by 4 times the initial value. Also, reducing the electrical conduction in the separating wall from 500 S/m to 5  S/m reduces the pressure drop by 35%. Studies on the different thicknesses of the separator structure in 16 different cases with constant distance between the separator and the wall does not have a significant effect on the pressure drop but by increasing the distance between the separator and the wall the pressure drop will decrease and consequently decreasing in pumping power.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Magnetohydrodynamics
  • dual blanket
  • Numerical study
  • Pressure drop
1. S. Smolentsev, N. Morley, M. Abdou, R. Munipalli, R. Moreau, Current approaches to modeling MHD flows in the dual coolant lead lithium blanket, Magnetohydrodynamics, 42(2-3) (2006) 225-236.
2. C.N. Kim, A.H. Hadid, M.A. Abdou, Development of a computational method for the full solution of MHD flow in fusion blankets, Fusion Engineering and Design, 8 (1989) 265-270.
3. X. Wang, E. Mogahed, I. Sviatoslavsky, MHD, heat transfer and stress analysis for the ITER self-cooled blanket design, Fusion Engineering and Design, 24(4) (1994) 389-401.
4. I.R. Kirillov, C.B. Reed, L. Barleon, K. Miyazaki, Present understanding of MHD and heat transfer phenomena for liquid metal blankets, Fusion Engineering and Design, 27 (1995) 553-569.
5. K. Starke, L. Bühler, S. Horanyi, Experimental MHD–flow analyses in a mock-up of a test blanket module for ITER, Fusion Engineering and Design, 84(7-11) (2009) 1794-1798.
6. S. Malang, M. Tillack, C. Wong, N. Morley, S. Smolentsev, Development of the lead lithium (DCLL) blanket concept, Fusion Science and Technology, 60(1) (2011) 249-256.
7. F.C. Li, D. Sutevski, S. Smolentsev, M. Abdou, Experimental and numerical studies of pressure drop in PbLi flows in a circular duct under non-uniform transverse magnetic field, Fusion Engineering and Design, 88(11) (2013) 3060-3071.
8. L. Bühler, C. Mistrangelo, J. Konys, R. Bhattacharyay, Q. Huang, D. Obukhov, S. Smolentsev, M. Utili, Facilities, testing program and modeling needs for studying liquid metal magnetohydrodynamic flows in fusion blankets, Fusion Engineering and Design, 100 (2015) 55-64.
9. I. Fernández-Berceruelo, D. Rapisarda, I. Palermo, L. Maqueda, D. Alonso, T. Melichar, O. Frýbort, L. Vála, Á. Ibarra, Thermal-hydraulic design of a DCLL breeding blanket for the EU DEMO, Fusion Engineering and Design, 124 (2017) 822-826.
10. L. Bühler, C. Mistrangelo, Pressure drop and velocity changes in MHD pipe flows due to a local interruption of the insulation, Fusion Engineering and Design, 127 (2018) 185-191.
11. H. Hulin, Y. Shimou, A. Fawad, Effect of nano-coating on corrosion behaviors of DCLL blanket channel, International Journal of Heat and Mass Transfer, 141 (2019) 444-456.
12. C. Soto, S. Smolentsev, C. García-Rosales, Mitigation of MHD phenomena in DCLL blankets by Flow Channel Inserts based on a SiC-sandwich material concept, Fusion Engineering and Design, 151 (2020) 111381.
13. S.I. Sidorenko, A.Y. Shishko, Variational method of calculation of MHD flows in channels with large aspect ratios and conducting walls, Magnetohydrodynamics, 27(4) (1991) 437-445.
14. Z.H. Liu, L. Chen, M.J. Ni, N.M. Zhang, Effects of magnetohydrodynamic mixed convection on fluid flow and structural stresses in the DCLL blanket, International Journal of Heat and Mass Transfer, 135 (2019) 847-859.
15. S.J. Xu, M. J. Ni, Direct simulation of MHD flows in dual-coolant liquid metal fusion blanket using a consistent and conservative scheme, Theoretical and Applied Mechanics Letters 1.1 (2011) 012006.
16. E.M. De Les Valls, L. Sedano, L. Batet, I. Ricapito, A. Aiello, O. Gastaldi, F. Gabriel, Lead–lithium eutectic material database for nuclear fusion technology, Journal of Nuclear Materials, 376(3) (2008) 353-357.