 Tokamak reaktorokban alkalmazott pelletinjektorok áramlástani folyamatainak vizsgálata THESIS TOPIC PROPOSAL Institute: Budapest University of Technology and Economics mechanical engineering Géza Pattantyús-Ábrahám Doctoral School of Mechanical Engineering Thesis supervisor: Jenő Miklós Suda Location of studies (in Hungarian): BME Áramlástan Tanszék Abbreviation of location of studies: ÁT Description of the research topic: a.) Előzmények Tokamak reaktorokban kialakuló plazmaösszeomlás a reaktor jelentős károsodásához vezethet. A káros hatások enyhítése érdekében a reaktorba fagyasztott hidrogén illetve egyéb fagyasztott nemesgáz pelletet juttatnak a plazma gyors és egyenletes hűtése céljából. Mind a pellet előállítása, mind a pellet reaktorba juttatása komplex áramlástani folyamatok eredménye. Az Áramlástan Tanszék jelenleg is az Energiatudományi Kutatóközpont Plazmafizikai Laboratóriumával végez közös kutatási munkát melynek célja a fenti folyamatok pontos leírása. b.) A kutatás célja A PhD kutatás fő célja a tokamak reaktorokba tervezett pellet injektor gázdinamikai folyamatainak vizsgálata numerikus módszerekkel, valamint mérésekkel, melyek eredményeként általánosan alkalmazható új eljárások dolgozhatók ki az injektor valamint a rendszer részét képező gáz visszanyerő tervezésére. További cél a pellet előállításhoz szükséges fagyasztási eljárás vizsgálata, mely alapján olyan számítási eljárást dolgozható ki, mely segítségével a pellet szerkezete a továbbiakban megfelelő pontossággal számolható és így lehetőséget ad a pellet várható szilárdsági tulajdonságainak, valamint injektorbeli mozgásának pontosabb becslésére. c.) Az elvégzendő feladatok, azok fő elemei, időigénye A PhD kutatás kidolgozása során felmerülő feladatok előzetesen a következők szerint foglalhatók össze: 1. év: • Irodalomkutatás, a kutatási célokhoz kapcsolódó szakirodalom feldolgozása • A jelenleg elkészült kísérleti berendezés CFD modellezésének előkészítése • A kísérleti berendezés vizsgálata a rendelkezésre álló szimulációs eszközök alkalmazásával • A jelenleg rendelkezésre álló mérési eredmények kiértékelése 2. év: • Pelletkilövés során a gázvisszanyerőben létrejövő folyamatok vizsgálata numerikus modellel • Gázvisszanyerőn végzett kísérletek kiértékelése, a modell validálása • Modelleredmények alapján a gázvisszanyerő berendezés működését befolyásoló tényezők meghatározása • Az eredmények alapján a gázvisszanyerő tervezését támogató általánosan használható eljárások kidolgozása • Gázvisszanyerő vizsgálatakor kapott eredmények publikálása 3. év: •A pellet előzetesen kidolgozott fagyasztási modelljének kiegészítése az áramlástani folyamatok modellezésével • Fagyasztással előállított valós pellet geometriai és szerkezeti tulajdonságainak meghatározása mérési eredmények alapján • Fagyasztási modell validációja a fenti vizsgálat eredményeinek alapján, a modell esetleges finomhangolása • Fagyasztás vizsgálata során kapott eredmények publikálása 4. év: • Valós pelletmodell implementálása a pelletkilövést vizsgáló modellbe • Pellet mozgásának vizsgálata az injektorban • A modellezési és mérési eredmények alapján általánosan használható eljárás kidolgozása a pellet injektorbeli viselkedésének meghatározására • Az eljárás kidolgozása során kapott eredmények publikálása d.) A szükséges berendezések A kutatási téma kidolgozásához szükséges számítástechnikai berendezések és mérőeszközök a BME Áramlástan Tanszékén és az Energiatudományi Kutatóközpont Plazmafizikai Laboratóriumában rendelkezésre állnak. e.) Várható tudományos eredmények 1. Tokamak típusú reaktorokban létfontosságú hidrogén pellet belövő egység tervezésekor általánosan használható új modellezési eljárások kidolgozása. 2. A pellet előállításához szükséges fagyasztási modell kiegészítése egy új áramlástani modellel, mely segítségével a pellet szerkezete a fagyasztási paraméterek alapján megfelelő pontossággal becsülhető. 3. A pellet kilövéséhez szükséges hajtógáz reaktorba történő bejutását gátló gázvisszanyerő egység tervezéséhez szükséges eljárások kidolgozása. f.) Irodalom • S. Zoletnik, M. Vécsei, S. Jachmich (2021). Modelling of desublimation of large cryogenic pellets for the ITER Shattered Pellet injector. In: Giruzzi, G; Arnas, C; Borba, D; Gopal, A; Lebedev, S; Mantsinen, M (szerk.) 47th EPS Conference on Plasma Physics, EPS 2021 Mulhouse, Franciaország: European Physical Society (EPS) (2021) pp. 485-488. , 4 p. http://ocs.ciemat.es/EPS2021PAP/pdf/P2.1057.pdf • D. I. Réfy, S. Zoletnik, E. Walcz, D. Nagy, T. Szepesi, M. Vécsei, D. Oravecz, I. Katona, S. Hegedűs, M. Vavrik, S. Jachmich, U. Kruezi. (2023) Instrumented fast valve for the ITER DMS support laboratory test bench. Fusion Engineering and Design, Volume 194. Paper 113893, 6 p, https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2023.113893 • Zoletnik, E. Walcz, S. Jachmich, U. Kruezi, M. Lehnen, G. Anda, T. Szabolics, T. Szepesi, G. Bartók, G. Cseh, Z. Boros, D. Dunai, G. Gárdonyi, J. Hakl, S. Hegedűs, I. Katona, A. Kovacs, G. Kocsis, M. Lengyel, S. Mészáros, D. Nagy, D. Oravecz, L. Poszovecz, D. Réfy, K. Vad, M. Vécsei, (2023). Shattered pellet technology development in the ITER DMS test laboratory. Fusion Engineering and Design, Volume 190, Paper: 11371, 6 p., https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2023.113701 • Farkas, B., & Suda, J.M. (2019) Application of morphed non-linear phase oscillators for representing rolling piston compressor performance. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy Vol.234. Issue3, pp.332-341. https://doi.org/10.1177/0957650919863598 • Farkas, B. & Suda, J.M. (2018) Performance analysis of a novel oil-free rotary compressor. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy Vol.232. Issue7, pp.870-887. https://doi.org/10.1177/0957650918757876A tanszékvezető aláírásával igazolja, hogy a kutatáshoz szükséges berendezések és eszközök rendelkezésre állnak, és a tanszék biztosítja a kutatás feltételeit. Number of students who can be accepted: 1 Deadline for application: 2024-10-15 |