本文關鍵詞：高熱負荷環(huán)境下流動液態(tài)金屬傳熱行為的流體模擬

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【摘要】：選擇何種材料作為聚變堆中面對等離子體部件(Plasma-facing components),如偏濾器靶板和聚變腔室第一壁,一直是困擾聚變研究人員的一大難題。和固體PFC相比,液態(tài)金屬PFC具有自身循環(huán)流動、自我更新和修復能力,持續(xù)帶出熱量并保護其后面的高Z固體壁少受損害,減小堆芯等離子體的雜質污染程度等優(yōu)點,是非常有前景的PFC候選材料。世界上很多國家相繼建立了液態(tài)金屬回路來研究聚變等離子體和液態(tài)金屬之間的相互作用,本課題組也在高密度等離子體發(fā)生裝置基礎上搭建了循環(huán)流動液態(tài)鋰回路。本文主要研究回路中液態(tài)鋰與等離子體相互作用的流動傳熱問題,也考察了液態(tài)錫作為計算流體時的溫度和速度變化情況,并與液態(tài)鋰的計算結果做了比較。本文應用商業(yè)軟件ANSYS CFX計算了等離子體熱流密度和液態(tài)鋰流速對自由流動液態(tài)鋰溫度分布和速度分布的影響。結果表明,導向槽中心附近液態(tài)鋰溫度較高,冷卻水入口和出口對應位置液態(tài)鋰溫度最低。液態(tài)鋰出口溫度隨著等離子體熱流密度的增大線性升高,在冷卻水流速為1.5 m/s的條件下,熱流密度為0.1 MW/m2和1 MW/m2時,液態(tài)鋰在出口處對應的溫度分別為255.3℃和458.6℃。液態(tài)鋰流速增大,導向槽內液態(tài)鋰的溫度逐漸降低,但溫度變化的幅度較小。本文還計算了液態(tài)鋰流速、熱流密度、冷卻水流速和溫度對冷卻水冷卻效率的影響。結果表明:液態(tài)鋰溫度隨液態(tài)鋰流速的增大而降低,熱流密度小于2 MW/m2時,水冷能夠滿足對液態(tài)鋰溫度控制的要求,在更大熱流密度作用下,水冷顯現(xiàn)出冷卻能力不足。增大冷卻水流速是降低液態(tài)鋰溫度、提高冷卻效率的有效途徑,冷卻水溫度對液態(tài)鋰溫度和冷卻效率的影響較小。此外,本文還重新設計了自由液態(tài)錫表面的流體結構模型,計算了初始流速和熱流密度不同時液態(tài)錫的速度變化和溫度變化,得到了流動液態(tài)錫的速度分布和溫度分布。結果表明垂直流動方向液態(tài)錫流速較為均勻,沿流動方向液態(tài)錫流速逐漸增大、液態(tài)錫液面厚度逐漸變薄。初始溫度為600 K的條件下,熱流密度為1 MW/m2時,液態(tài)錫出口溫度為623.38 K;熱流密度為5 MW/m2時,液態(tài)錫出口溫度為720.18 K。在相同條件下使用液態(tài)鋰作為計算流體,結果表明出口處液態(tài)鋰的溫度低于液態(tài)錫的溫度。
【關鍵詞】：PFC 液態(tài)鋰 流動傳熱 液態(tài)錫 ANSYS
【學位授予單位】：西南民族大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG14
【目錄】：

• 摘要2-4
• Abstract4-8
• 第1章 前言8-12
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 液態(tài)鋰在聚變中的研究現(xiàn)狀9-11
• 1.3 本文研究內容11-12
• 第2章 結構設計和研究方法12-26
• 2.1 液態(tài)鋰回路系統(tǒng)12-17
• 2.1.1 單陰極高密度等離子體發(fā)生裝置介紹12-13
• 2.1.2 液態(tài)鋰回路介紹13-16
• 2.1.3 分流器結構設計16-17
• 2.2、計算方法和邊界條件17-25
• 2.2.1 鋰的熱物理化學性質和核物理性質17-20
• 2.2.2 計算原理和計算流程20-22
• 2.2.3 邊界條件和求解條件設置22-23
• 2.2.4 求解計算和結果后處理23-25
• 2.3 本章小結25-26
• 第3章 流動液態(tài)鋰與熱負荷相互作用的計算26-43
• 3.1 熱流密度對液態(tài)鋰溫度和速度分布的影響26-32
• 3.2 初始流速對液態(tài)鋰溫度和速度分布的影響32-36
• 3.3 冷卻效率及其影響因素36-41
• 3.3.1 冷卻效率的計算36
• 3.3.2 數(shù)值計算和軟件模擬結果的比較36-38
• 3.3.3 冷卻效率的影響因素38-41
• 3.4 本章小結41-43
• 第4章 流動液態(tài)錫與熱負荷相互作用的計算43-58
• 4.1 引言43-44
• 4.2 流體模型和邊界條件44-50
• 4.2.1 液態(tài)錫的性質44-45
• 4.2.2 自由流動液態(tài)錫結構設計45-47
• 4.2.3 邊界條件設置47-49
• 4.2.4 求解設置和結果處理49-50
• 4.3 計算結果50-56
• 4.4 本章小結56-58
• 第5章 結論與展望58-60
• 5.1 結論58-59
• 5.2 展望59-60
• 參考文獻60-66
• 以第一作者身份發(fā)表的論文66-67
• 致謝67-69

【共引文獻】

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本文編號：899182