【摘要】：中國核聚變工程實驗堆(CFETR)是一種超導托卡馬克裝置,目前處于工程設計階段。該裝置用于彌補國際熱核聚變實驗堆(ITER)到未來聚變示范堆(DEMO)之間的技術不足。包層作為CFETR的關鍵部件之一,其主要功能是氚增殖與排熱,對其開展研究具有重要意義。本文的主要工作是根據CFETR裝置的整體設計要求,提出了一種新的氦冷固態(tài)氚增殖劑包層的設計方案,建立了包層的熱工水力學分析模型,并對其進行性能評估,根據評估結果對包層設計進行結構優(yōu)化,提升包層的性能。新包層的設計方案將氦氣聯(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-流道的設計方案,使整個增殖區(qū)內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,降低了對氦氣聯(lián)箱的需求。本文采用理論計算與數(shù)值模擬結合的方法對包層進行了模擬與分析。采用理論方法計算了包層的質量流率以及關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部的壓降,發(fā)現(xiàn)了流量分配存在的問題,并對包層結構進行了優(yōu)化。對第一壁進行了熱分析,計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的溫度分布情況。分析結果顯示,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。并在熱分析的基礎上完成了對地一壁的結構分析,結果顯示其應力滿足設計要求。同時我們對增殖區(qū)進行了熱分析,分析結果顯示設計優(yōu)化后可以滿足要求。
【圖文】：

俄羅斯ＣＨＣ包層俄羅斯ＣＨＣ包層由兩個獨立小模塊構成，兩塊模塊逡逑沿極向方向上并排安放。這種設計使得部件的加工更容易一些，并且可以對兩個逡逑模塊進行獨立的實驗。子模塊的第一壁是極徑方向上的Ｕ形結構，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部結構。整個模塊內由５逡逑個結構相同的氚增殖管道組成，增殖管沿環(huán)向并排排列，增殖管內部結構為裝填逡逑有Ｌｉ４Ｓｉ０４小球的頭尾相接套管，管狀結構外是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內有吹掃氣將氚帶出包層，此設計逡逑．邐的特點是沒有層疊的氦氣聯(lián)箱結構，用歧管實現(xiàn)冷卻劑的分配。研宄人員對其進逡逑行了初步的中子學，熱工水力，，電磁以及應力分析。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）整體結構邐（ｂ）單元內細節(jié)逡逑圖１－１歐盟ＨＣＰＢ包層基本結構以及增殖單元結構逡逑俄羅斯ＣＨＣ包層俄羅斯ＣＨＣ包層由兩個獨立小模塊構成，兩塊模塊逡逑沿極向方向上并排安放。這種設計使得部件的加工更容易一些，并且可以對兩個逡逑模塊進行獨立的實驗。子模塊的第一壁是極徑方向上的Ｕ形結構，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部結構。整個模塊內由５逡逑個結構相同的氚增殖管道組成，增殖管沿環(huán)向并排排列，增殖管內部結構為裝填逡逑有Ｌｉ４Ｓｉ０４小球的頭尾相接套管，管狀結構外是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內有吹掃氣將氚帶出包層，此設計逡逑．邐的特點是沒有層疊的氦氣聯(lián)箱結構，用歧管實現(xiàn)冷卻劑的分配。研宄人員對其進逡逑行了初步的中子學
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TL64

【參考文獻】

相關期刊論文 前5條

1 呂廣宏;羅廣南;李建剛;;磁約束核聚變托卡馬克等離子體與壁相互作用研究進展[J];中國材料進展;2010年07期

2 朱德瓊;陳曉軍;彭述明;;固體氚增殖劑的制備及性能綜述[J];材料導報;2008年09期

3 于興哲;宋月清;崔舜;李明;李增德;;聚變堆用結構材料的研究現(xiàn)狀與進展[J];材料導報;2008年02期

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5 石秉仁;“磁約束聚變:原理與實踐”一書前言[J];中國核科技報告;1998年S3期

相關博士學位論文 前1條

1 李敏;中國聚變工程實驗堆氦冷固態(tài)包層結構設計與熱工水力分析研究[D];中國科學技術大學;2015年

本文編號：2643961