【摘要】：隨著核聚變科學研究的不斷深入,托卡馬克裝置的運行參數(shù)不斷提高。為進一步展開邊界等離子體物理的研究,核工業(yè)西南物理研究院對HL-2A托卡馬克裝置進行升級改造。目前,HL-2M托卡馬克裝置正在設計建造中,偏濾器作為托卡馬克裝置真空室內(nèi)部組件,直接面向等離子體。裝置運行在高約束模式下,等離子體中磁流體不穩(wěn)定性現(xiàn)象產(chǎn)生的高能量粒子進入刮削層并沿磁力線運動,最終轟擊在偏濾器靶板上。這種能量可以達到兆瓦級別造成打擊點處高溫升和高熱應力,并且該熱應力循環(huán)周期與裝置的運行周期保持一致,這可能會在不同材料連接處發(fā)生疲勞問題。因此,該研究主要對HL-2M偏濾器上關(guān)鍵部件的熱疲勞性能進行仿真,驗證偏濾器結(jié)構(gòu)設計的可靠性和有效性�；诤斯I(yè)西南物理研究院科研人員使用SOLPS程序數(shù)值模擬計算的HL-2M裝置高參數(shù)運行時,雪花減位形下偏濾器靶板表面的熱負載分布,本文使用有限元軟件進行以下工作:1、使用有限元法對HL-2M裝置高參數(shù)運行時,雪花減位形下偏濾器的CFC層和熱沉層進行瞬態(tài)傳熱分析,得到靶板不同組件的溫度場分布,對靶板的熱性能進行評估,分析材料的安全性,結(jié)果顯示各部件溫度均在材料的承受的溫度范圍內(nèi),不會產(chǎn)生熔融損傷。2、將靶板瞬態(tài)傳熱分析得到的溫度場分布作為熱-結(jié)構(gòu)耦合分析的輸入條件對偏濾器結(jié)構(gòu)的機械性能進行仿真計算,從而獲取偏濾器的熱應力場分布,分析結(jié)構(gòu)可能發(fā)生塑性變形的區(qū)域,發(fā)現(xiàn)拱頂外側(cè)抽氣口尖角位置4 mm區(qū)域發(fā)生塑性形變;提取螺栓軸向拉力和法向剪切力,利用傳統(tǒng)公式對螺栓應力進行計算;模擬偏濾器在110℃、250℃、300℃烘烤條件下的受力情況,發(fā)現(xiàn)300℃烘烤時支撐塊可能產(chǎn)生塑性變形;針對300℃條件下支撐塊添加墊片前后應力的變化進行對比分析,加墊片后支撐塊上的應力不會超出材料的屈服應力。3、對偏濾器進行循環(huán)應力分析,針對可能發(fā)生的棘輪失效行為進行評判,發(fā)現(xiàn)偏濾器結(jié)構(gòu)設計良好不會發(fā)生棘輪損傷。結(jié)合ITER裝置真空室內(nèi)部器件結(jié)構(gòu)設計規(guī)范對HL-2M裝置偏濾器靶板不同部件的疲勞壽命進行預測,結(jié)果顯示內(nèi)靶板、外靶板和拱頂均滿足設計要求。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TL631.24
【圖文】：

人類對能源的需求也不斷增高。近幾十年，由于發(fā)達國家能源需求的持續(xù)增長以及發(fā)展中國家工業(yè)化和城市化進程的不斷推進，能源需求迅猛增長，能源問題越來越受到人們的關(guān)注。全球和部分國家地區(qū)的能源消費結(jié)構(gòu)如圖1-1所示[1]，煤炭、石油和天然氣在能源供應中占比超過四分之三，占據(jù)絕對地位。但是，化石能源在地球上儲藏量有限，其形成需要經(jīng)歷漫長的周期。目前人類大量使用化石能源，大量的廢氣沒有經(jīng)過處理直接排向大氣。廢氣中的碳化合物、硫化合物、氮化合物、煙塵等物質(zhì)，對人類的身體健康存在不利的影響；除此之外，還可能在大氣中經(jīng)過復雜的反應產(chǎn)生酸雨、霧霾、溫室效應等問題。這些物質(zhì)大量排放，一旦達到環(huán)境承受能力的臨界點將對環(huán)境產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的影響。因此，人類一直在著力尋找更加清潔可供人類長久使用的能源。(a) (b)(c) (d)圖 1-1 全球和

使用太陽能進行電力生產(chǎn)對天氣條件要求嚴苛，在不良天氣條件下就不能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的電力供用戶使用，如圖1-2 所示的是位于美國內(nèi)華達州和加利福尼亞州交界處的伊凡帕太陽能發(fā)電站。使用風能發(fā)電的原理是依靠大自然中的風吹動發(fā)電機組的扇片轉(zhuǎn)動，從而帶動發(fā)電機組轉(zhuǎn)動產(chǎn)生電能，優(yōu)缺點同太陽能發(fā)電相似，優(yōu)點是綠色清潔并且風能在地球上分布廣泛，缺點是受季節(jié)氣候條件的影響明顯，沒有穩(wěn)定的風力就不能為人類提供穩(wěn)定的電力能源，并且給電網(wǎng)運行帶來一定的挑戰(zhàn)。水力發(fā)電主要是利用水的勢能推動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電力，是一種相對穩(wěn)定可靠地能源，并且我國地勢西高東低，具有豐富的水力資源。但水力發(fā)電受地形影響較大，遠遠不能滿足我國日漸增長的能源需求，并且大壩的修建可能會對附近水域的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不良后果，影響生物多樣性。這些可再生能源存在的種種局限性使得它們無法保障人類的能源需求。圖 1-2 伊凡帕太陽能發(fā)電站隨著物理學科的進步，科學家發(fā)現(xiàn)在重元素裂解和輕原子聚合的過程中會產(chǎn)生質(zhì)量損失并釋放巨大的能量，這種巨大的能量不是簡單地倍數(shù)關(guān)系，釋放相同的能量所消耗的化石燃料的質(zhì)量比消耗核燃料質(zhì)量高六個數(shù)量級，這無疑為解決人類能源問題提供新思路。重元素裂解也就是常說的核裂變，利用慢中子轟擊重

第一章 緒論元素生成的產(chǎn)物中就會包含兩個中子，從而形成鏈式反應實現(xiàn)燃料的自目前核裂變發(fā)電早已商用，核裂變發(fā)電不會向大氣中排放有毒有害的危更不會加劇地球溫室效應等問題，釋放的能量十分巨大。但核裂變反應元素一般具有放射性并且這些元素的衰減周期長，對人類和環(huán)境具有不投資成本高、風險大、核廢料的處理甚至可能引發(fā)地緣政治問題。2011 事故，其產(chǎn)物中包含放射性元素碘，極易被海水及水生物吸收向人類傳人們對核裂變發(fā)電焦慮的情緒，泄露核心區(qū)域機器人都無法進入，福島生后堆內(nèi)燒蝕的照片如圖 1-3 所示[2]。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 蔡立君;劉德權(quán);冉紅;李勇;曹曾;;等離子體破裂時HL-2M真空室的結(jié)構(gòu)應力分析[J];核聚變與等離子體物理;2011年02期

2 林尊琪;;激光核聚變的發(fā)展(邀請論文)[J];中國激光;2010年09期

3 李勇;劉德權(quán);冉紅;蔡立君;曹曾;李強;;HL-2M真空室截面形式及重力支撐的初步分析[J];核聚變與等離子體物理;2009年03期

4 蔣婧;冉紅;劉德權(quán);程發(fā)銀;白剛毅;;HL-2A偏濾器結(jié)構(gòu)改造及熱負荷分析[J];核聚變與等離子體物理;2006年01期

5 張洪武,顧元憲,鐘萬勰;傳熱與接觸兩類問題耦合作用的有限元分析[J];固體力學學報;2000年03期

本文編號：2803180