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Three-dimensional magnetohydrodynamic phenomena in circular pipe flow

Klüber, Viktor ORCID iD icon

Abstract:

Ein numerischer Rechencode für die Simulation magnetohydrodynamischer (MHD) Flüssigmetallströmungen in Blankets zukünftiger Fusionsreaktoren wurde erweitert, um komplexe MHD-Phänomene in Geometrien mit gekrümmten Wänden wie z.B. kreisförmigen Rohren zu untersuchen. In diesen MHD-Strömungen wechselwirken induzierte elektrische Ströme mit dem Magnetfeld, welches das Fusionsplasma einschließt, was letztendlich zu starken Lorentz-Kräften, erheblicher Fluidumverteilung und hohen Druckverlusten in der Flüssigmetallströmung führt. Die Anwendung eines schiefheitskorrigierten Green-Gauss- oder eines Least-Squares-Verfahrens zur Berechnung des elektrischen Potentialgradienten zeigt, dass die höhere Genauigkeit dieser Diskretisierungsmethoden für die Lösung der schlecht konditionierten Gleichungen für das elektrische Potential und die elektrische Stromdichte zwingend erforderlich ist. ... mehr

Abstract (englisch):

A numerical code for the simulation of liquid metal magnetohydrodynamic (MHD) flow in breeding blankets of future fusion reactors has been extended to address complex MHD phenomena in geometries with curved walls such as circular pipes. In these MHD flows, induced electric currents interact with the magnetic field that confines the fusion plasma leading to strong Lorentz forces, substantial fluid redistribution, and high-pressure losses. Applying either a skew-corrected Green-Gauss or Least-Squares formulation to compute the electric potential gradients shows that the higher accuracy of these discretization schemes is mandatory for the solution of the poorly conditioned equations when solving the Poisson equation for the electric potential and when determining electric current density. ... mehr


Volltext §
DOI: 10.5445/IR/1000156159
Veröffentlicht am 23.02.2023
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Neutronenphysik und Reaktortechnik (INR)
Institut für Thermische Energietechnik und Sicherheit (ITES)
Publikationstyp Hochschulschrift
Publikationsdatum 23.02.2023
Sprache Englisch
Identifikator KITopen-ID: 1000156159
HGF-Programm 31.13.04 (POF IV, LK 01) In Vessel Components
Verlag Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Umfang X, 157 S.
Art der Arbeit Dissertation
Fakultät Fakultät für Maschinenbau (MACH)
Institut Institut für Thermische Energietechnik und Sicherheit (ITES)
Prüfungsdatum 06.02.2023
Schlagwörter nuclear fusion, liquid metal breeding blanket, computational fluid dynamics, magnetohydrodynamics
Referent/Betreuer Bühler, Leo
Stieglitz, Robert
KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft
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