發(fā)布時(shí)間：2020-07-20 22:05

【摘要】：等離子體中湍流會(huì)造成橫越磁場(chǎng)的粒子輸運(yùn),破壞托卡馬克裝置中磁場(chǎng)對(duì)粒子的約束,從而影響熱核聚變的持續(xù)燃燒和破壞裝置自身。離子溫度梯度模(ITG)和捕獲電子模(TEM)湍流被認(rèn)為是兩種非常重要的等離子體湍流。DⅢ-D托卡馬克裝置在兩次放電實(shí)驗(yàn)#142358和#142371中分別發(fā)現(xiàn)ITG湍流和TEM湍流,且湍流自關(guān)聯(lián)長(zhǎng)度,電子相對(duì)密度漲落強(qiáng)度和湍流驅(qū)動(dòng)的高能粒子輸運(yùn)在兩次實(shí)驗(yàn)中基本相同。后一次放電過(guò)程加入電子回旋共振加熱,其對(duì)應(yīng)的電子溫度大概是前一次放電中電子溫度的2倍,其它的等離子體參數(shù)在兩次實(shí)驗(yàn)中幾乎是相同的。為了解釋這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果,本論文采用基于第一性原理的大規(guī)模并行環(huán)形動(dòng)理學(xué)代碼(GTC)進(jìn)行數(shù)值模擬并與實(shí)驗(yàn)診斷結(jié)果對(duì)比分析。DⅢ-D實(shí)驗(yàn)中兩組放電平衡數(shù)據(jù)分別被導(dǎo)入到GTC代碼進(jìn)行數(shù)值模擬。本論文的內(nèi)容如下:1.第一步分析碰撞對(duì)漂移波湍流的影響,給出無(wú)碰撞物理模型和有碰撞物理模型數(shù)值模擬結(jié)果在電子溫度較低和較高等離子中分別進(jìn)行對(duì)比。線性模擬中,在電子溫度較高和較低情形下碰撞均會(huì)降低漂移波的增長(zhǎng)率,并且在電子溫度較低時(shí)碰撞還會(huì)引起漂移波機(jī)制由TEM主導(dǎo)不穩(wěn)定轉(zhuǎn)變?yōu)镮TG主導(dǎo)不穩(wěn)定。非線性數(shù)值模擬中,湍流場(chǎng)會(huì)激發(fā)出帶狀流,湍流場(chǎng)和帶狀流場(chǎng)相互調(diào)制。在無(wú)碰撞時(shí),湍流場(chǎng)會(huì)激發(fā)出高頻帶狀流即測(cè)地聲模,數(shù)值模擬給出的測(cè)地聲模頻率和理論模型結(jié)果很好的符合。加入碰撞后可以觀察到高頻帶狀流明顯被抑制,幾乎僅剩下很低頻的帶狀流部分。電子溫度較高時(shí)湍流強(qiáng)度在非線性飽和階段幾乎保持不變,而在電子溫度較低時(shí)湍流強(qiáng)度會(huì)由于碰撞而下降。2.進(jìn)一步給出數(shù)值模擬在電子溫度較低和較高等離子體中ITG湍流和TEM湍流的對(duì)比,并與DⅢ-D實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析。從線性階段到非線性階段的演化過(guò)程中,波譜分布中主導(dǎo)模的波長(zhǎng)會(huì)增大,漲落能量會(huì)從較短波長(zhǎng)的線性主導(dǎo)模轉(zhuǎn)移到較長(zhǎng)波長(zhǎng)的非線性主導(dǎo)模。在非線性飽和階段,湍流場(chǎng)強(qiáng)度,電子相對(duì)密度漲落場(chǎng)強(qiáng)度,湍流的自關(guān)聯(lián)長(zhǎng)度和湍流驅(qū)動(dòng)的高能粒子輸運(yùn)系數(shù)在電子溫度較低和較高情形下的都比較接近,和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到的現(xiàn)象一致。湍流場(chǎng)徑向自關(guān)聯(lián)長(zhǎng)度在ITG湍流機(jī)制中大概為3.8ρi(2.3cm),在TEM湍流機(jī)制中大概為4.3ρi(2.6cm),這與實(shí)驗(yàn)診斷結(jié)果給出的兩種湍流中徑向關(guān)聯(lián)長(zhǎng)度為λc(ρ=0.65cm)2cm一致,都是在微觀尺度、熱離子回旋半徑的量級(jí)上。兩種湍流機(jī)制下電子相對(duì)密度漲落強(qiáng)度在徑向上相近,且與實(shí)驗(yàn)診斷結(jié)果的數(shù)值比較符合。
【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】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TL631.24
【圖文】：

如ＧＴＣ［４］，ＧＹＲＯ［２９］，ＧＥＮＥ［３０］等也都給出了湍流的數(shù)值模擬結(jié)果。逡逑托卡馬克等離子體處于高溫狀態(tài)下，碰撞帶來(lái)的輸運(yùn)通常會(huì)被忽略，逡逑但圖１．２所示的ＡＳＤＥＸ托卡馬克更新裝置［２，邋３］上觀測(cè)到碰撞會(huì)降低逡逑ＴＥＭ不穩(wěn)定性驅(qū)動(dòng)的湍流輸運(yùn)，甚至?xí)龑?dǎo)ＴＥＭ湍流到ＩＴＧ湍流機(jī)制逡逑４逡逑

ＧＥＮＥ等，起初各個(gè)代碼在湍流輸運(yùn)系數(shù)的定標(biāo)率上存在分歧，逡逑隨著各個(gè)代碼發(fā)展和完善以及相互間的交流溝通，湍流輸運(yùn)定標(biāo)結(jié)果逐逡逑步取得了一致的認(rèn)可（圖１．４）邋［５］。ＧＴＣ代碼發(fā)展很早且很迅速，能充分逡逑利用大規(guī)模并行超級(jí)計(jì)算機(jī)資源，最早給出了有關(guān)裝置尺寸的輸運(yùn)定標(biāo)逡逑率［４８］，并指出隨著裝置的逐漸變大輸運(yùn)機(jī)制會(huì)從Ｂｏｈｍ輸運(yùn)尺度轉(zhuǎn)換逡逑為0７１＇0七0１１0１尺度［４９，５０］。８0１１１１１擴(kuò)散機(jī)制下輸運(yùn)系數(shù)正比于３７５，而逡逑Ｇｙｒｏ－Ｂｏｈｍ擴(kuò)散機(jī)制下輸運(yùn)系數(shù)則是正比于ｙｚｙｉ？，其中ｐ＊邋＝邋ｐ，：／ａ，內(nèi)逡逑是離子的回旋半徑，ａ是托卡馬克裝置的小半徑。陳等人［５１］通過(guò)非線性逡逑理論給出了邋Ｂｏｈｍ機(jī)制向Ｇｙｒｏ－Ｂｏｈｍ機(jī)制轉(zhuǎn)換的物理機(jī)制，并驗(yàn)證了數(shù)逡逑９逡逑

圖１．６邋ＤＩＩＩ－Ｄ托卡馬克裝置觀測(cè)到高能粒子輸運(yùn)系數(shù)隨著溫度ｒｅ增大輸運(yùn)增強(qiáng)，這和之逡逑前數(shù)值模擬的結(jié)果一致ｍ

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2 王時(shí)佳;王少杰;;托卡馬克聚變等離子體參數(shù)演化的數(shù)值模擬[J];電子科技;2017年06期

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本文編號(hào)：2764010