【摘要】：本論文就國家大科學(xué)裝置EAST托卡馬克試驗(yàn)裝置適合高性能等離子體運(yùn)行的偏濾器進(jìn)行了工程設(shè)計研究。EAST的ITER-like上鎢偏濾器的使用創(chuàng)造了等離子體101.2秒長脈沖運(yùn)行的世界記錄,為CFETR建設(shè)等提供豐富的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)�，F(xiàn)擬繼續(xù)提高偏濾器靶板熱負(fù)荷要求達(dá)到更高參數(shù)的長脈沖的穩(wěn)定運(yùn)行,同時也是“十三五”的目標(biāo)需求;提出了滿足長脈沖、H模高β等離子體運(yùn)行的先進(jìn)鎢偏濾器幾何位形。在未來先進(jìn)鎢偏濾器下,高熱負(fù)荷區(qū)域采用鎢串結(jié)構(gòu)的水冷下偏濾器的冷卻系統(tǒng),偏濾器第一壁材料滿足穩(wěn)態(tài)10MW/m2熱流密度要求,以實(shí)現(xiàn)超長脈沖高約束模下運(yùn)行為目標(biāo)。本課題開始于2015年底,以EAST下鎢偏濾器升級改造為研究對象�；谝延械腅AST裝置的歷史等離子體位形,根據(jù)模擬偏濾器靶板上電子溫度、熱流密度、電子密度等參數(shù),分析雜質(zhì)、中性粒子等氣體載荷,以及不同三角度5下的等離子體位形,研究在工程上比較可靠的結(jié)構(gòu)參數(shù),充分合理利用本來就比較狹小的真空室的偏濾器區(qū)域,建立適合多位形等離子體的偏濾器結(jié)構(gòu)。分析Monoblock的傳熱特性和鎢塊形狀對傳熱性能的影響,提出了適合高性能等離子體運(yùn)行的先進(jìn)鎢偏濾器的單元水流速度及滿足冷卻要求的冷卻系統(tǒng)。設(shè)計了多種偏濾器冷卻方案,采用有限元分析的方法,對下偏濾器的各種冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳熱分析和模擬仿真。提出了先進(jìn)下偏濾器單個供水單元的水冷結(jié)構(gòu)設(shè)計,進(jìn)行了供水單元的水流分析。并就EAST下偏濾器冷卻結(jié)構(gòu)的傳熱性能及應(yīng)力進(jìn)行了數(shù)值模擬仿真研究并確定最優(yōu)方案。設(shè)計多種偏濾器安裝方式,最終確定整體式偏濾器作為最佳方案,針對該方案設(shè)計了偏濾器打擊點(diǎn)、非打擊點(diǎn)靶板,以及雙齒條加楔塊方式的支撐系統(tǒng)設(shè)計。分析了在等離子體發(fā)生垂直位移事件時,偏濾器上各部分的HALO電磁力和渦流電磁力矩的計算和結(jié)構(gòu)分析。對裝置分析運(yùn)用兩種工況分析偏濾器的工程設(shè)計能力,結(jié)果顯示各材料即偏濾器Cassette及支撐結(jié)構(gòu)、外水平靶板、內(nèi)靶板、DOME、外Baffle等的最大等效應(yīng)力及變形均在許用范圍內(nèi),所設(shè)計適合高性能等離子體運(yùn)行的偏濾器滿足設(shè)計要求。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TL631.24;O53
【圖文】：

第一章緒論逡逑１．１引言逡逑１．１．１能源現(xiàn)狀及核聚變研究逡逑經(jīng)濟(jì)發(fā)展是當(dāng)今世界主流，特別是發(fā)展中國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展持續(xù)快速，伴隨著逡逑能源的快速消耗。同時預(yù)計到２０３５年，世界人口增加約１５億，數(shù)量達(dá)到８８億逡逑人，能源比現(xiàn)在提高約３０％邋（圖１．１），世界石油、生物燃料及其它液體燃料達(dá)到逡逑１．１億桶／日。我國地大物博自然資源豐富，煤炭等能源物產(chǎn)儲藏量大，但中國擁逡逑有著１４億人Ｕ的大分母。我國煤炭自然資源較多，石油儲量比較緊缺，天然氣逡逑自然資源較少。與我國目前能源結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的是以煤炭作為主要的能源來源（圖逡逑１．２）。在新常態(tài)下，以及“十九大”的新定位，實(shí)現(xiàn)碳減排的目標(biāo)，對煤炭資源的逡逑消費(fèi)將降低（圖１．３），煤炭的占比將會減少，清潔能源得到重視（圖１．４）。能源逡逑需求量巨大的同時伴隨著化石能源的枯竭，解決未來人類能源危機(jī)顯得尤為緊迫。逡逑十億噸油當(dāng)量逡逑１８邋ｒ邐５０％逡逑？

經(jīng)濟(jì)發(fā)展是當(dāng)今世界主流，特別是發(fā)展中國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展持續(xù)快速，伴隨著逡逑能源的快速消耗。同時預(yù)計到２０３５年，世界人口增加約１５億，數(shù)量達(dá)到８８億逡逑人，能源比現(xiàn)在提高約３０％邋（圖１．１），世界石油、生物燃料及其它液體燃料達(dá)到逡逑１．１億桶／日。我國地大物博自然資源豐富，煤炭等能源物產(chǎn)儲藏量大，但中國擁逡逑有著１４億人Ｕ的大分母。我國煤炭自然資源較多，石油儲量比較緊缺，天然氣逡逑自然資源較少。與我國目前能源結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的是以煤炭作為主要的能源來源（圖逡逑１．２）。在新常態(tài)下，以及“十九大”的新定位，實(shí)現(xiàn)碳減排的目標(biāo)，對煤炭資源的逡逑消費(fèi)將降低（圖１．３），煤炭的占比將會減少，清潔能源得到重視（圖１．４）。能源逡逑需求量巨大的同時伴隨著化石能源的枯竭，解決未來人類能源危機(jī)顯得尤為緊迫。逡逑十億噸油當(dāng)量逡逑１８邋ｒ邐５０％逡逑■可再生能源？邐＾逡逑１６邋！邐＿水電邐石油逡逑ｉａ邋＝邋■、逡逑２０％邐，天然，＾廣逡逑４邐ｒ邐丨可再生１，？逡逑２逡逑0邋ｌ＿＿＿邋邋—邐１“邐！邐Ｌ邐邐0＜）（

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本文編號：2736704