Simulations MHD du Reversed Field Pinch

MHD simulations of the Reversed Field Pinch

• Auteur / Autrice : Robert Chahine
• Direction : Wouter Bos
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 30/11/2017
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des fluides et acoustique (Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Daniel Henry
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Wouter Bos, Benjamin Favier, Olivier Agullo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Susanna Cappello, Pablo Minnini

Mots clés

Mots clés contrôlés

Magnétohydrodynamique

Mots clés libres

Magnétohydrodynamique

Reversed field pinch

Gradient de pression

Effet de la géométrie

Modes toroïdaux

Diffusion turbulente

Dynamo cinématique

Magnetohydrodynamics

Reversed field pinch

Pressure gradient

Shaping effect

Toroidal modes

Turbulent diffusion

Kinematic dynamo

Résumé

La dynamique des plasmas de fusion par confinement magnétique dans la configuration Reversed Field Pinch (RFP) est ´étudiée en utilisant la description magnétohydrodynamique (MHD) incompressible. Une méthode pseudo-spectrale et une technique de pénalisation en volume sont utilisées pour résoudre le système d’équations dans un cylindre. Les simulations numériques montrent que la pression joue un rôle important dans la dynamique des RFP et ne peut pas être négligée. Ainsi, ß n’est plus le paramètre principal pour décrire la dynamique des RFPs mais plutôt ß’ ∇, un nouveau paramètre qui équivaut le rapport du module de gradient de pression et le module de la force de Lorentz. A un autre niveau, l’effet du changement de la section poloïdale du RFP sur la dynamique est étudié. Les simulations des écoulements RFP ayant le même nombre de Lundquist et des sections différentes (circulaire et elliptique), montrent une grande différence dans les spectres et la diffusion turbulente radiale. Finalement, les écoulements RFP sont utilisés pour étudier l’effet dynamo. Les résultats obtenus montrent que les écoulements RFP sont capables d’amplifier un champ magnétique passif qui aura une tendance à être plus non-linéaire que le champ magnétique du RFP dans les régimes turbulents.

The dynamics of magnetic fusion plasmas in the Reversed Field Pinch (RFP) configuration are studied using an incompressible magnetohydrodynamics (MHD) description. A pseudospectral method combined with a volume penalization method are used to resolve the governing equations in a straight cylinder. Numerical simulations show that the pressure effects on the RFP dynamics cannot be neglected, and thus the _ parameter is not adequate to characterize the importance of pressure in the dynamics. A new parameter, _0r , which is the ratio of the pressure gradient’s magnitude to the Lorentz force’s magnitude, is proposed to be the proper parameter to describe the RFP dynamics. Another investigated influence on the RFP dynamics is the shaping of the poloidal cross-section. Simulations of flows with the same Lundquist number and different cross-sections (circular and elliptic) show a clear change in the spectral behaviour, as well as in the radial turbulent diffusion. Finally, the RFP flows are used to study the dynamo effect. Numerical results show that RFP flows are capable of amplifying a seed magnetic field, which will have tendency to be more nonlinear than the RFP magnetic field in the turbulent regime.