中國(guó)工程聚變實(shí)驗(yàn)堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)包層第一壁處在高熱流密度(0.3MW/m2)、高能中子輻照(14MeV)和高速冷卻劑沖蝕(300-500℃)等惡劣服役環(huán)境中,并且CFETR第二發(fā)展階段具有更高的功率和服役溫度。第一壁作為服役環(huán)境最惡劣的部件之一,它的更換是非常昂貴,耗時(shí)并且具有潛在的放射性危險(xiǎn),所以其服役壽命直接關(guān)系到聚變堆的安全性和可行性。因此聚變工程設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)考慮第一壁的服役壽命。本文首先總結(jié)了國(guó)內(nèi)外聚變候選結(jié)構(gòu)鋼的發(fā)展路線和典型材料,又介紹了輻照蠕變的微觀機(jī)制和模型包括SIPN模型、SIPA模型等。此外本文利用ANSYS有限元方法對(duì)CFETR氦冷固態(tài)包層第一壁雙流道模型進(jìn)行流固耦合的熱-機(jī)械分析,計(jì)算不同表面熱流、不同第一壁厚度和不同冷卻劑入口溫度條件下第一壁的溫度和應(yīng)力分布。其結(jié)果顯示隨著熱流密度的升高、壁厚的增加和冷卻劑溫度的提升,其服役溫度和應(yīng)力均具有不同程度的升高,并且最大溫度和最大應(yīng)力均出現(xiàn)在U型流道的拐角處,然后本文結(jié)合三類結(jié)構(gòu)鋼的輻照蠕變斷裂實(shí)驗(yàn)和Larson-Miller模型方法,得到特定材料的L-M蠕變壽命外推模型。本文進(jìn)一步分析候選結(jié)構(gòu)材料的St和Sm,鐵素體/馬氏體鋼P(yáng)NC-FMS和9Cr-ODS鋼在輻照環(huán)境下St沒有明顯的降低,其輻照蠕變性能受輻照影響較小。而奧氏體鋼在輻照環(huán)境下St有很大程度的降低。PNC1520均具有優(yōu)于PNC316鋼和15-15Ti鋼的熱蠕變St和輻照蠕變St。而對(duì)比15-15Ti和316的輻照和輻照后蠕變壽命可知,不能簡(jiǎn)單的利用輻照后蠕變來代替輻照蠕變。此外探究表明冷加工對(duì)提升奧氏體熱蠕變壽命具有一定的作用,但由于冷加工奧氏體鋼輻照后延性損失更大,冷加工并沒有提升奧氏體鋼的輻照后蠕變壽命。論文計(jì)算和分析了PNC316、PNC1520、DIN1.4970、PNC-FMS、9Cr-ODS 等鋼種作為 CFETR 氦冷固態(tài)包層結(jié)構(gòu)材料時(shí)的輻照蠕變壽命,并探究第一壁設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)輻照蠕變壽命的影響。結(jié)果表明CFETR第一壁輻照后蠕變壽命分別隨熱流密度、壁厚和冷卻劑入口溫度的增大而減小。考慮可接受的壽命,熱流密度、壁厚和冷卻劑入口溫度等設(shè)計(jì)參數(shù)均有不同程度的提升空間。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TL64
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.1 CFETR
        1.1.2 第一壁服役環(huán)境
    1.2 第一壁候選結(jié)構(gòu)材料
        1.2.1 奧氏體鋼
        1.2.2 鐵素體/馬氏體鋼
        1.2.4 氧化物彌散強(qiáng)化鋼
    1.3 第一壁結(jié)構(gòu)鋼服役壽命研究現(xiàn)狀
    1.4 研究目的、意義和主要內(nèi)容
第二章 輻照蠕變?cè)?br>    2.1 輻照蠕變
    2.2 輻照蠕變微觀機(jī)制
        2.2.1 輻照蠕變微觀模型
        2.2.2 應(yīng)力的影響
        2.2.3 溫度的影響
        2.2.4 氦泡的影響
    2.3 輻照蠕變壽命分析模型
        2.3.1 輻照蠕變壽命
        2.3.2 B+DS模型介紹
        2.3.3 Larson-miller模型介紹
    2.4 本章小結(jié)
第三章 第一壁模型和蠕變壽命分析方法
    3.1 材料熱物性參數(shù)
    3.2 CFETR第一壁模型
    3.3 服役環(huán)境計(jì)算模擬
    3.4 結(jié)構(gòu)鋼L-M模型參數(shù)
    3.5 本章小結(jié)
第四章 CFETR第一壁結(jié)構(gòu)鋼的許用應(yīng)力
    4.1 第一壁熱-機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
    4.2 奧氏體鋼的許用應(yīng)力
        4.2.1 輻照的影響
        4.2.2 冷加工的影響
        4.2.3 Ti元素的影響
    4.3 本章小結(jié)
第五章 CFETR第一壁結(jié)構(gòu)鋼輻照蠕變壽命評(píng)估
    5.1 熱流密度的影響
    5.2 第一壁厚度的影響
    5.3 冷卻劑入口溫度的影響
    5.4 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2871666