發(fā)布時(shí)間：2020-04-30 15:43

【摘要】：偏濾器是聚變堆內(nèi)直接面對等離子體的核心部件之一,承擔(dān)著控制等離子內(nèi)雜質(zhì)含量、帶走第一壁表面高熱負(fù)荷并輸出能量的重要功能。高效的冷卻技術(shù)是保證偏濾器正常運(yùn)行的必備條件。隨著聚變功率的提高,偏濾器靶板需要承擔(dān)更高的熱載荷,并且聚變堆內(nèi)中子輻射劑量將會比目前ITER實(shí)驗(yàn)裝置高出一個(gè)數(shù)量級,中子輻照將造成材料力學(xué)性能的退化。因此本文從適用于未來高通量中子輻照的聚變堆環(huán)境角度,需要設(shè)計(jì)出抗高中子輻照同時(shí)兼顧熱承載能力的高性能偏濾器,降低偏濾器部件退役后對環(huán)境的放射性影響,并提高聚變堆的經(jīng)濟(jì)性。基于上述要求,通過對比分析不同冷卻劑和結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)缺點(diǎn),本文提出一種新型高溫熔鹽冷卻偏濾器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中采用FLiNaK作為冷卻劑,充分利用了熔鹽冷卻劑的高溫運(yùn)行能力、強(qiáng)換熱能力和低導(dǎo)電率的優(yōu)點(diǎn),并從氦冷偏濾器的設(shè)計(jì)中汲取經(jīng)驗(yàn),采用發(fā)展技術(shù)相對成熟的鎢鑭合金作為結(jié)構(gòu)材料,鎢為第一壁材料,完成了熔鹽冷卻偏濾器靶板結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)。通過數(shù)值計(jì)算分析熔鹽冷卻劑的換熱特性、壓降特性和磁流體動力學(xué)效應(yīng),以材料許用溫度和應(yīng)力為判據(jù),開展并完成了偏濾器靶板幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化工作。針對優(yōu)化后的靶板結(jié)構(gòu),進(jìn)行熱負(fù)荷承載能力評估,分析了不同流體參數(shù)對結(jié)構(gòu)換熱能力的影響。然后,通過理論分析和數(shù)值計(jì)算完成偏濾器冷卻回路設(shè)計(jì),優(yōu)化偏濾器各模塊之間的流量分配,并降低冷卻劑在回路中產(chǎn)生的壓降,減小泵功率需求。最終優(yōu)化的靶板冷卻結(jié)構(gòu)可以有效承受15.7 MW/m2的穩(wěn)態(tài)高熱負(fù)荷和20 MW/m2的瞬態(tài)熱負(fù)荷。本文的主要研究內(nèi)容為偏濾器能夠適應(yīng)聚變堆高反應(yīng)堆功率、高通量中子輻照的惡劣運(yùn)行環(huán)境和發(fā)電經(jīng)濟(jì)性的要求,提供了一種設(shè)計(jì)解決方案。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TL64

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2645930