【摘要】：國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)是一個(gè)托卡馬克裝置。在長(zhǎng)期運(yùn)行條件下,在快速原子、離子的轟擊等作用下,ITER真空腔內(nèi)會(huì)積累大量灰塵。在事故條件下,灰塵懸浮遷移帶來的灰塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)以及灰塵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)帶來的氫氣風(fēng)險(xiǎn)會(huì)嚴(yán)重威脅ITER的安全運(yùn)行。本課題采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法,從實(shí)驗(yàn)級(jí)和系統(tǒng)級(jí)兩個(gè)層次對(duì)聚變裝置灰塵的遷移分布特性及灰塵帶來的氫氣風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了數(shù)值研究,具體包括以下四個(gè)方面:(1)建立了基于STARDUST實(shí)驗(yàn)裝置的灰塵遷移計(jì)算模型,對(duì)灰塵物性以及障礙物對(duì)灰塵遷移特性的影響進(jìn)行了分析,結(jié)果表明:當(dāng)灰塵密度、粒徑越小時(shí),灰塵與氣體的運(yùn)動(dòng)軌跡就越接近;當(dāng)障礙物的存在阻擋了氣流對(duì)灰塵的直接沖擊時(shí),就會(huì)極大地限制灰塵的遷移。(2)建立了基于ITER裝置的灰塵分布計(jì)算模型,分析了失真空事故(LOVA)條件下灰塵在ITER裝置內(nèi)的分布特性,結(jié)果表明:截面位置處灰塵體積分?jǐn)?shù)的平均值,隨著截面高度的增加先降低后趨于穩(wěn)定;截面位置處灰塵體積分?jǐn)?shù)的平均值,隨著時(shí)間推移先升高后趨于穩(wěn)定;當(dāng)達(dá)到空氣的最大夾帶能力之后,繼續(xù)增加灰塵的質(zhì)量,并不會(huì)明顯改變灰塵的空間分布。(3)建立了基于LSGMF裝置的多組分氣體混合特性計(jì)算模型,研究了氫氣的混合行為,并計(jì)算分析了氮?dú)夂退魵鈱?duì)氫氣風(fēng)險(xiǎn)的惰化緩解效果,得到以下結(jié)論:當(dāng)通過減小噴嘴管徑而增大入口流速時(shí),氦氣的濃度分布是相似的;當(dāng)增大入口流量時(shí),氮?dú)鈱?duì)氫氣風(fēng)險(xiǎn)的緩解效果得到改善;不同注入方位條件下,氮?dú)鈱?duì)氫氣風(fēng)險(xiǎn)的緩解效果具有明顯的局部差異性;在相同質(zhì)量流量條件下,與氮?dú)舛杌啾?水蒸氣惰化對(duì)氫氣風(fēng)險(xiǎn)的緩解效果更好。(4)針對(duì)“Wet bypass”事故序列,對(duì)不同產(chǎn)氫速率,不同冷卻劑破口流量工況條件下的ITER真空室內(nèi)的氫氣風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析,結(jié)果表明:破口冷卻劑流量的增大會(huì)對(duì)氫氣風(fēng)險(xiǎn)起到緩解作用,而產(chǎn)氫速率的增大對(duì)氫氣風(fēng)險(xiǎn)的影響則需要綜合考量。本課題的開展,將有助于加強(qiáng)對(duì)ITER裝置中灰塵安全問題的認(rèn)識(shí),有助于今后相關(guān)消除或者緩解策略的制定。
【圖文】：

如圖 2-1 所示[54]；而 STARDUST 實(shí)驗(yàn)裝置的兩個(gè)空氣入口（A 入口和 B 入口）則分別用來模擬 ITER 裝置的中部腔室和偏濾器腔室的破裂，如圖 2-2 所示[55]。圖 2-3 是 STARDUST 運(yùn)行圖。在不銹鋼裝置的外表面布置有電阻絲，可用以加熱裝置，以達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需的環(huán)境溫度；一臺(tái)真空泵與真空室連接，，用以吸出其內(nèi)部的空氣，以達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需的真空環(huán)境；A 入口和 B 入口與壓縮空氣管線連接，用以向真空室中注入空氣；在真空室內(nèi)部放置有一個(gè)托盤，用來盛放灰塵。STARDUST 裝置是通過安裝于實(shí)驗(yàn)裝置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來進(jìn)行溫度，壓力，真空度，空氣進(jìn)口流量等的控制，以達(dá)到所需的實(shí)驗(yàn)條件。2.2 STARDUST 物理和網(wǎng)格模型表 2-1 所示為 STARDUST 裝置的主要尺寸[56]，據(jù)此，建立 STARDUST 實(shí)驗(yàn)裝置的二維物理模型，如圖 2-4 所示。此二維物理模型經(jīng)過容器的軸線，且考慮了 A 和 B 兩個(gè)空氣入口。圖 2-5 所示 STARDUST 實(shí)驗(yàn)裝置的網(wǎng)格模型[56]，經(jīng)網(wǎng)格敏感性分析，在綜合考慮計(jì)算精度以及計(jì)算效率的基礎(chǔ)上，選取的網(wǎng)格單元數(shù)為 29133。

如圖 2-1 所示[54]；而 STARDUST 實(shí)驗(yàn)裝置的兩個(gè)空氣入口（A 入口和 B 入口）則分別用來模擬 ITER 裝置的中部腔室和偏濾器腔室的破裂，如圖 2-2 所示[55]。圖 2-3 是 STARDUST 運(yùn)行圖。在不銹鋼裝置的外表面布置有電阻絲，可用以加熱裝置，以達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需的環(huán)境溫度；一臺(tái)真空泵與真空室連接，用以吸出其內(nèi)部的空氣，以達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需的真空環(huán)境；A 入口和 B 入口與壓縮空氣管線連接，用以向真空室中注入空氣；在真空室內(nèi)部放置有一個(gè)托盤，用來盛放灰塵。STARDUST 裝置是通過安裝于實(shí)驗(yàn)裝置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來進(jìn)行溫度，壓力，真空度，空氣進(jìn)口流量等的控制，以達(dá)到所需的實(shí)驗(yàn)條件。2.2 STARDUST 物理和網(wǎng)格模型表 2-1 所示為 STARDUST 裝置的主要尺寸[56]，據(jù)此，建立 STARDUST 實(shí)驗(yàn)裝置的二維物理模型，如圖 2-4 所示。此二維物理模型經(jīng)過容器的軸線，且考慮了 A 和 B 兩個(gè)空氣入口。圖 2-5 所示 STARDUST 實(shí)驗(yàn)裝置的網(wǎng)格模型[56]，經(jīng)網(wǎng)格敏感性分析，在綜合考慮計(jì)算精度以及計(jì)算效率的基礎(chǔ)上，選取的網(wǎng)格單元數(shù)為 29133。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TL631.24

【相似文獻(xiàn)】

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1 侯麗強(qiáng);聚變裝置灰塵遷移及其帶來的氫氣風(fēng)險(xiǎn)研究[D];上海交通大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2622165