【摘要】：高參數(shù)長脈沖穩(wěn)態(tài)運(yùn)行是EAST的主要目標(biāo)。在高參數(shù)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中,等離子體與器壁尤其是偏濾器長時(shí)間的強(qiáng)烈相互作用,使得偏濾器面臨高溫度、高熱流的風(fēng)險(xiǎn),而偏濾器靶板的溫度和熱流分布受到加熱方式、磁場(chǎng)位形及靶板結(jié)構(gòu)等諸多因素影響,這些因素對(duì)偏濾器靶板溫度、熱流影響的研究不僅有助于物理機(jī)制的理解,也為裝置的安全運(yùn)行提供一定的保障,為下一步的工程設(shè)計(jì)提供一定的參考。本文以紅外測(cè)溫為主要手段,提取溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并通過DFLUX程序和ANSYS對(duì)達(dá)到偏濾器靶板的熱流進(jìn)行了計(jì)算。研究了射頻波和中性束注入(NBI)對(duì)上、下偏濾器熱流、溫度分布的影響,磁場(chǎng)位形對(duì)熱流峰值和熱流分布的影響,以及偏濾器結(jié)構(gòu)不同造成的上、下靶板熱流的不對(duì)稱;計(jì)算了高功率運(yùn)行中Ⅰ型邊界局域模(ELMs)給下外、上外靶板帶來的高熱流;為對(duì)比長脈沖運(yùn)行過程中不同靶板材料的熱能傳導(dǎo)能力,分析了上、下偏濾器熱平衡特征時(shí)間。主要研究結(jié)果有:1.加熱方式影響偏濾器熱流分布實(shí)驗(yàn)研究。在單獨(dú)低雜波輔助加熱的下單零位形放電中,當(dāng)ELMs的頻率小于50Hz時(shí),ELMs在偏濾器下外靶板上產(chǎn)生了較寬的極向熱流分布,其半高全寬是相近條件下低雜波和NBI共同加熱時(shí)的兩倍多。經(jīng)過大量分析還發(fā)現(xiàn),下單零位形放電中,低雜波功率如果超過1.2MW,在開始工作時(shí)常在偏濾器下外靶板產(chǎn)生非常寬的熱流分布,而低雜波注入時(shí)如果NBI已經(jīng)在工作,則不會(huì)出現(xiàn),說明NBI會(huì)影響低雜波引起的熱流分布。當(dāng)NBI功率較大時(shí),會(huì)在偏濾器上外靶板上造成局部的能量沉積。低雜波加熱下ELMs時(shí)的極向熱流分布與ELM-free相比,不但熱流值有較大增加,其半高全寬也有較大增長。偏濾器靶板的極向溫度/熱流分布還與邊界局域模頻率相關(guān):當(dāng)ELMs的頻率小于50Hz時(shí),以射頻波加熱為主的偏濾器極向熱流/溫度分布比NBI為主加熱的分布寬;當(dāng)ELMs的頻率在150Hz左右時(shí),則以射頻波加熱為主的極向熱流/溫度分布比NBI為主加熱的分布窄。對(duì)低雜波加熱下的H模放電中下外靶板溫度/熱流分布分析發(fā)現(xiàn)環(huán)向的不對(duì)稱性。環(huán)向上,在低溫區(qū)域,隨著峰值溫度/熱流的升高,溫度/熱流徑向分布曲線半高全寬減小得很快;但在高溫區(qū)域,溫度/熱流曲線半高全寬并沒有隨著峰值溫度迅速減小,而是變化不太大,高溫區(qū)的溫度是整體升高的,沒有在極小的范圍內(nèi)形成極高熱流。2.磁場(chǎng)位形影響偏濾器熱流分布實(shí)驗(yàn)研究。磁場(chǎng)位形影響靶板熱流,主要原因是B×%紹的方向。對(duì)低雜波輔助加熱雙零位形放電中偏濾器上外、下外靶板溫度分布進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)上外靶板溫度高于下外靶板,且上外靶板溫度分布較寬,下外靶板溫度分布較窄,這是磁場(chǎng)位形導(dǎo)致的,但也包括靶板結(jié)構(gòu)和輔助加熱的部分影響。對(duì)ICRH加熱下的下單零、上單零和雙零位形放電中偏濾器靶板熱流分布分析得到,在上、下靶板材料、結(jié)構(gòu)相同的情況下,外靶板熱流大于內(nèi)靶板,尤其是雙零位形下上外靶板峰值熱流達(dá)到了上內(nèi)靶板峰值熱流的約4倍,上外靶板峰值熱流是下外靶板峰值熱流的6倍。3.偏濾器結(jié)構(gòu)影響熱流、溫度的研究。通過TSC對(duì)雙零位形下破裂時(shí)偏濾器靶板的熱流進(jìn)行了數(shù)值模擬,結(jié)果顯示,破裂時(shí)偏濾器上外靶板的熱流值最高,達(dá)到了 7.94MW/m2,是上內(nèi)靶板熱流的1.6倍,是下外靶板的1.33倍,說明了 EAST偏濾器結(jié)構(gòu)不同造成的不對(duì)稱性。對(duì)上、下偏濾器熱平衡特征時(shí)間進(jìn)行了對(duì)比,分析了超過60s的下單零位形放電,發(fā)現(xiàn)石墨偏濾器靶板溫度的增長雖然越來越緩慢,但在整個(gè)放電中都是在不斷地升高,直到輔助加熱停止工作;對(duì)上單零長脈沖放電過程中ITER-like鎢銅偏濾器靶板溫度時(shí)間演化分析可得,在輔助加熱開始約8～13s后靶板溫度基本達(dá)到準(zhǔn)穩(wěn)態(tài),與石墨偏濾器相比,鎢銅偏濾器具有良好的導(dǎo)熱性能。4.高功率運(yùn)行中上、下靶板高脈沖熱流研究。在輔助加熱功率約4MW的下單零位形放電中,不管是單獨(dú)射頻波還是射頻波和NBI共同加熱,ELMs都在偏濾器下外靶板上產(chǎn)生了約4MW/m2的瞬時(shí)熱流。同樣是輔助加熱功率約4MW的情況,上單零位形放電中ELMs在偏濾器上外靶板產(chǎn)生了約十幾MW/m2的脈沖熱流,比下外靶板峰值熱流大很多,這是由多種原因造成的,包括BX%

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