Convective-diffusive transport in laminar MHD flows

The two questions of main interest for the design of a fusion blanket are whether the heat transfer to the coolant is high enough that the temperature of the plasma facing wall does not exceed a critical value and whether the corrosion rate is below a certain limit. Both processes are governed by convective - diffusive transport mechanisms. A numerical code for the 3D-solution of these equations in the laminar flow regime is discussed. It is assumed that tthe flow is fully developed when entering the heated section of a blanket element. The interaction of the strong magnetic field with the electrically conducting fluid is taken into account by an asymptotic analysis valid for fully developed MHD flows in ducts with arbitrary shape of cross section. Heat transfer conditions are discussed for circular pipes and square ducts. The influence of the main parameters on wall temperature is analyzed in detail and summarized by an empirical correlation. As an example for an extended use of the heat transfer code the full numerical solution of fully developed MHD flows in circular and rectangular ducts is presented. (orig.)Bei der Auslegung eines Fusionsblankets sind die wichtigen Fragen zu klaeren, ob die Waermeuebertragung an das Kuehlmedium ausreicht, damit die Temperatur der plasmanahen Wand einen kritischen Wert nicht uebersteigt, und ob die Korrosionsraten unterhalb eines gewissen Grenzwertes bleiben. Beide Prozesse werden durch Gleichungen fuer konvektiv - diffusive Transportvorgaenge beschrieben. Es wird ein numerisches Rechenverfahren zur Bestimmung von dreidimensionalen Loesungen dieser Gleichungen im Bereich laminarer Stroemungen vorgestellt. Dabei wird vorausgesetzt, dass die Stroemung beim Eintritt in den beheizten Teil des Blankets bereits voll ausgebildet ist. Die Wechselwirkung des starken Magnetfeldes mit dem elektrisch leitenden Fluid wird durch eine asymptotische Rechnung beruecksichtigt, die fuer voll ausgebildete MHD Stroemungen in Kanaelen mit beliebigen Querschnitten gilt. Berechnungen zur Waermeuebertragung werden fuer Kreisrohre und fuer Kanaele mit quadratischem Querschnitt durchgefuehrt. Der Einfluss der wichtigsten Parameter wird in einer empirischen Korrelation zusammengefasst. Als Beispiel fuer eine erweiterte Anwendung des Waermeuebertragungs-Programms wird die vollnumerische Loesung fuer ausgebildete MHD Stroemungen in Kreisrohren und Rechteckkanaelen vorgestellt. (orig.)Available from TIB Hannover: ZA 5141(5241) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEDEGerman