【摘要】：在中國聚變工程實驗堆的候選包層設計概念中,水冷固態(tài)增殖包層(WCSB)相對氦氣及液態(tài)金屬冷卻有更好的研究基礎與更大的研究價值,在這種設計概念的包層里,中子倍增區(qū)與氚增殖區(qū)均采用了固態(tài)球床設計,以高溫高壓液態(tài)水為冷卻劑導出核熱。水冷包層熱工設計的關鍵點之一,就是對包含兩個完全相同子模塊的包層模塊進行設計,子模塊由數(shù)個結構復雜、包含大量并聯(lián)通道的管板組成,這就會存在通道間流量分配的問題,該問題會直接影響到聚變能的有效導出。因此,在對水冷包層模塊進行熱工設計時,必須考慮并聯(lián)通道間流量分配的均勻性問題。首先,針對CFETR水冷包層初步設計了其子模塊的第一壁與側壁管板,為了獲得冷卻劑流動的細節(jié)描述,本文采用ANSYS CFX對包層子模塊內(nèi)第一壁與側壁的設計方案進行了建模分析,解明其穩(wěn)態(tài)流量分配的規(guī)律。然后,為了研究入口集合管在不同幾何結構下,并聯(lián)通道間冷卻劑流量分配特性,本文從入口集合管截面幾何形狀、冷卻劑入口方向以及并聯(lián)通道位置三個方面考慮進行了數(shù)值模擬,分析表明,采用矩形截面入口集合管,并且當冷卻劑入口方向垂直于集合管長度方向時,這樣的結構更有利于第一壁并聯(lián)通道均勻分布;側壁入口集合管采用寬高比較大的矩形截面時,并聯(lián)通道間流量分配更加均勻。隨后,針對面向等離子體的第一壁進行了外加熱流密度以及流量衰減工況的初步研究,結果表明該結構的并聯(lián)通道內(nèi)冷卻劑分布能夠完全將熱量導出,并且保證最高溫度不超過材料溫度限值;而在失流事故(LOFA)下,第一壁內(nèi)不會產(chǎn)生因流動瞬態(tài)引起的通道間流量脈動。在對第一壁與側壁進行數(shù)值模擬研究后,參考現(xiàn)代壓水堆系冷卻系統(tǒng)設計了流量分配實驗裝置,主要包括主回路各設備以及數(shù)據(jù)采集控制等相關輔助系統(tǒng)。然后進行了實驗裝置的穩(wěn)態(tài)調(diào)試以及針對第一壁與側壁并聯(lián)通道流量分配的初步實驗研究,最后基于相似理論與原設計方案設計了完整的第一壁流量分配實驗段并對設計結果進行了數(shù)值模擬驗證,為后續(xù)更深入的研究提供參考。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TL62

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本文編號：2624738