【摘要】：中國(guó)核聚變工程實(shí)驗(yàn)堆(CFETR)是一種超導(dǎo)托卡馬克裝置,目前處于工程設(shè)計(jì)階段。該裝置用于彌補(bǔ)國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)到未來聚變示范堆(DEMO)之間的技術(shù)不足。包層作為CFETR的關(guān)鍵部件之一,其主要功能是氚增殖與排熱,對(duì)其開展研究具有重要意義。本文的主要工作是根據(jù)CFETR裝置的整體設(shè)計(jì)要求,提出了一種新的氦冷固態(tài)氚增殖劑包層的設(shè)計(jì)方案,建立了包層的熱工水力學(xué)分析模型,并對(duì)其進(jìn)行性能評(píng)估,根據(jù)評(píng)估結(jié)果對(duì)包層設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,提升包層的性能。新包層的設(shè)計(jì)方案將氦氣聯(lián)箱功能融入到其他部件中,減少了氦氣聯(lián)箱在包層中占用的空間,為增殖區(qū)提供更多的空間,從而達(dá)到提高包層氚增殖能力的目的。包層增殖區(qū)采用了 S形-流道的設(shè)計(jì)方案,使整個(gè)增殖區(qū)內(nèi)流道由上至下連成一體。雖然增殖區(qū)的氦氣壓降有所提高,但增殖區(qū)的流量分配比較穩(wěn)定,降低了對(duì)氦氣聯(lián)箱的需求。本文采用理論計(jì)算與數(shù)值模擬結(jié)合的方法對(duì)包層進(jìn)行了模擬與分析。采用理論方法計(jì)算了包層的質(zhì)量流率以及關(guān)鍵部件的溫度和壓降。使用ANSYS CFX軟件建立了包層的有限元模型,通過分析得到了包層內(nèi)部的壓降,發(fā)現(xiàn)了流量分配存在的問題,并對(duì)包層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。對(duì)第一壁進(jìn)行了熱分析,計(jì)算了第一壁在受到來自等離子體的平均熱流和最大熱流時(shí)的溫度分布情況。分析結(jié)果顯示,各材料在平均熱流下可以滿足材料溫度限制,但在最大熱流下不能滿足條件,需要對(duì)第一壁冷卻劑流道壁面做特殊處理才能解決問題限值問題。并在熱分析的基礎(chǔ)上完成了對(duì)地一壁的結(jié)構(gòu)分析,結(jié)果顯示其應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)我們對(duì)增殖區(qū)進(jìn)行了熱分析,分析結(jié)果顯示設(shè)計(jì)優(yōu)化后可以滿足要求。
【圖文】：

俄羅斯ＣＨＣ包層俄羅斯ＣＨＣ包層由兩個(gè)獨(dú)立小模塊構(gòu)成，兩塊模塊逡逑沿極向方向上并排安放。這種設(shè)計(jì)使得部件的加工更容易一些，并且可以對(duì)兩個(gè)逡逑模塊進(jìn)行獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)。子模塊的第一壁是極徑方向上的Ｕ形結(jié)構(gòu)，圖１－２俄羅斯逡逑ＣＨＣ包層示意圖展示了邋ＣＨＣ包層上半部分小模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。整個(gè)模塊內(nèi)由５逡逑個(gè)結(jié)構(gòu)相同的氚增殖管道組成，增殖管沿環(huán)向并排排列，增殖管內(nèi)部結(jié)構(gòu)為裝填逡逑有Ｌｉ４Ｓｉ０４小球的頭尾相接套管，管狀結(jié)構(gòu)外是Ｂｅ球床，管道心部是Ｌｉ４Ｓｉ０４球逡逑床，兩根管道之間是冷卻劑的流道。Ｌｉ４Ｓｉ０４內(nèi)有吹掃氣將氚帶出包層，此設(shè)計(jì)逡逑．邐的特點(diǎn)是沒有層疊的氦氣聯(lián)箱結(jié)構(gòu)，用歧管實(shí)現(xiàn)冷卻劑的分配。研宄人員對(duì)其進(jìn)逡逑行了初步的中子學(xué)，熱工水力，，電磁以及應(yīng)力分析。逡逑■逡逑１－Ｂｅ球床２－冷卻劑流道３－氚增殖劑４－連接洞逡逑圖１－２俄羅斯ＣＨＣ包層示意圖逡逑５逡逑

（ａ）整體結(jié)構(gòu)邐（ｂ）單元內(nèi)細(xì)節(jié)逡逑圖１－１歐盟ＨＣＰＢ包層基本結(jié)構(gòu)以及增殖單元結(jié)構(gòu)逡逑俄羅斯ＣＨＣ包層俄羅斯ＣＨＣ包層由兩個(gè)獨(dú)立小模塊構(gòu)成，兩塊模塊逡逑沿極向方向上并排安放。這種設(shè)計(jì)使得部件的加工更容易一些，并且可以對(duì)兩個(gè)逡逑模塊進(jìn)行獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)。子模塊的第一壁是極徑方向上的Ｕ形結(jié)構(gòu)，圖１－２俄羅斯逡逑ＣＨＣ包層示意圖展示了邋ＣＨＣ包層上半部分小模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。整個(gè)模塊內(nèi)由５逡逑個(gè)結(jié)構(gòu)相同的氚增殖管道組成，增殖管沿環(huán)向并排排列，增殖管內(nèi)部結(jié)構(gòu)為裝填逡逑有Ｌｉ４Ｓｉ０４小球的頭尾相接套管，管狀結(jié)構(gòu)外是Ｂｅ球床，管道心部是Ｌｉ４Ｓｉ０４球逡逑床，兩根管道之間是冷卻劑的流道。Ｌｉ４Ｓｉ０４內(nèi)有吹掃氣將氚帶出包層，此設(shè)計(jì)逡逑．邐的特點(diǎn)是沒有層疊的氦氣聯(lián)箱結(jié)構(gòu)，用歧管實(shí)現(xiàn)冷卻劑的分配。研宄人員對(duì)其進(jìn)逡逑行了初步的中子學(xué)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TL64

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

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3 于興哲;宋月清;崔舜;李明;李增德;;聚變堆用結(jié)構(gòu)材料的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2008年02期

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5 石秉仁;“磁約束聚變:原理與實(shí)踐”一書前言[J];中國(guó)核科技報(bào)告;1998年S3期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李敏;中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆氦冷固態(tài)包層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與熱工水力分析研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2643961