Рассматривается задача о течении жидкометаллического теплоносителя в элементе симметрии бланкета модели термоядерного реактора. Расчётная область охватывает половину трубы со свинцовым теплоносителем (диаметр трубы - D), окружённую стальной стенкой, три тепловыделяющих элемента, отделённые стальной перегородкой, и межтрубное пространство, заполненное литием (рисунок 1.). Главной целью расчетов было исследование влияния проводимости разделяющей стенки на процессы гидродинамики и теплообмена. Для этого были проведены две группы расчетов: а) стальная перегородка, разделяющая трубу со свинцом и ТВЭЛы, проводит электрический ток и б) стальная перегородка электроизолирована. Электрический ток в системе возникает за счет взаимодействия проводящего теплоносителя с сильным поперечным магнитным полем.
Для моделирования использовались структурные декартовые сетки Anes с числом ячеек X-Y-Z = 80*120*20.
На рисунке 2 показано поле вектора плотности электрического тока в сечении z/D = 10. На рисунке 3 показано поле аксиальной компоненты вектора скорости в каналах. Хорошо видно, что профиль скорости становится «гартмановским», характерным для течения в поперечном магнитном поле (МП): уплощается в направлении вектора индукции МП, который направлен вдоль оси X. При этом литий, которым заполнено межтрубное пространство, не остается неподвижным. Вследствие действия силы Лоренца он движется вслед за свинцом. При этом максимум скорости оказывается в самом узком зазоре и существуют области, в которых литий движется вверх, так как он находится в замкнутом пространстве. На рисунке 4 показано поле температуры в теплоносителях и стенках. Как показывают расчеты на выходе из бланкета самые горячие области (>1000 С) находятся в ТВЭЛах а температура свинцового теплоносителя может достигать 500 С.
Рисунок 1 - Геометрия расчетной области и сетка контрольных объемов
Рисунок 2 - Вектор плотности электрического тока в сечении z/D = 10:
a) - стенка между трубой со свинцовым теплоносителем и ТВЭЛами проводит электрический ток,
b) - стенка электроизолирована.
Рисунок 3 - Поле аксиальной компоненты скорости в сечении z/D = 10
Рисунок 4 - Поле температуры в сечении z/D = 10