液態(tài)鉛鋰包層具有結(jié)構(gòu)簡單、載熱能力強、氚增殖比高等優(yōu)點,是聚變堆包層發(fā)展的重要方向之一。但由于包層處于高能中子輻照、高熱負載、高壓力梯度等嚴苛的環(huán)境中,包層內(nèi)存在高壓氦氣流道破裂引發(fā)的內(nèi)破口事故（In-box Loss of Coolant Accident,In-box LOCA）可能性。當(dāng)事故發(fā)生時,高壓氦氣會迅速注入鉛鋰流道,形成復(fù)雜的兩相流動和沖擊波效應(yīng),可能會導(dǎo)致峰值壓力超過設(shè)計限值,進而對包層結(jié)構(gòu)的完整性造成威脅。為提高包層安全性和避免放射性物質(zhì)外泄,有必要對包層內(nèi)破口事故瞬態(tài)過程進行深入研究。本文通過數(shù)值模擬和實驗相結(jié)合的方法,對氦冷液態(tài)鉛鋰包層內(nèi)破口事故發(fā)生時高壓氦氣沖擊鉛鋰的瞬態(tài)過程進行研究,主要包括:1)構(gòu)建基于氦氣-鉛鋰兩相流的流固雙向耦合方法:首先,利用VOF（Volume of Fluid）方法實現(xiàn)了氦氣-鉛鋰兩相流界面的追蹤。然后,基于流固雙向耦合的理論,利用CFD軟件,構(gòu)建了適用于描述包層內(nèi)破口事故的流固雙向耦合分析方法。其中,對鉛鋰密度項采用可壓縮處理以精確模擬壓力波的傳播過程。經(jīng)過與激波傳播算例、氦氣-鉛鋰兩相流算例的對比校驗,從理論上驗證了對氦氣-鉛... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：108 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１聚變堆包層概念設(shè)計方案１３８１??包層作為面向等離子體部件（Ｐｌａｓｍａ?Ｆａｃｉｎｇ?Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ），其服役環(huán)境苛刻，??

法校驗??包層內(nèi)破口事故后的物理現(xiàn)象非常復(fù)雜，涉及到?jīng)_擊波在鉛鋰中的傳播與反??射、壓力波和包層結(jié)構(gòu)的相互影響及高壓氦氣在鉛鋰內(nèi)的復(fù)雜兩相流動。我們需??要分別利用本章構(gòu)建的方法對以上現(xiàn)象單項模擬分析驗證，保證計算分析結(jié)果的??可靠性。??２．２．３．１激波傳遞算例??由于氦氣和鉛鋰工作壓力差較大（＞６ＭＰａ），包層破口瞬間，會形成間斷的??壓力波，激波傳遞過程中會導(dǎo)致物性的間斷變化。準確的模擬激波在鉛鋰中的傳??播與壁面反射，對于本研究起重要作用。??以一維激波管為例，模型如圖２－２所示。初始條件如表２－１所示。管子中間??的薄膜（Ｘ＝?１．７?ｍ）將管子分成兩部分：左邊的壓力為２?ＭＰａ的鉛鋰（作為可壓??縮液體）區(qū)域，右邊的壓力為８?ＭＰａ的高壓氦氣（作為理想氣體）區(qū)域。薄膜??破裂后，激波向左側(cè)傳播，稀疏波向右側(cè)傳播，但因鉛鋰體積變化非常小，向氦??氣區(qū)域傳播的稀疏波大小可以忽略。??０．０２ｍｌ?Ｉ?ＰｂＬｉ?｜?Ｈｅｌｉｕｍ＾?＼??＾?１．７ｍ?＊＂１?１〇ｍ??圖２－２?ＩＤ氦氣鉛鋰激波管算例模型??表２－１?—維激波管理論參數(shù)??ｘ＜１．７?ｘ＞１．７??Ｐ?２?ＭＰａ?８?ＭＰａ??Ｔ?６７３?Ｋ?６７３?Ｋ??ｕ?０?ｍ／ｓ?０?ｍ／ｓ??由于氣液兩相的可壓縮性差異較大，兩相激波管的壓力波動與單相激波管的??

?第二章基于氦氣－鉛鋰兩相流的流固雙向耦合方法構(gòu)建???壓力波動有較大差異。液相產(chǎn)生更高的峰值壓力。選取液態(tài)鉛鋰與氦氣的一維激??波管為例，驗證了氦氣與鉛鋰兩相流的壓力波傳播特性。如圖２－２所示，鉛鋰液??體和氦氣在一維封閉管道內(nèi)，中間用薄膜隔開，液態(tài)鉛鋰中的壓力是２ＭＰａ，氦??氣部分是８?Ｍｐａ，不考慮摩擦阻力。因為管道無限長，氦氣部分可看做處于恒壓??８Ｍｐａ，ｔ＝０時亥ＩＪ，薄膜突然破裂，薄膜處會產(chǎn)生一個ＡＰ二８－２?＝?６Ａ４Ｐａ的正壓力??波擾動。??１．４Ｅ＋０７?－１?了—；—－??１２Ｅ＋。７－?；?／?＼ｊ?＼?＿Ｓｊ＾ｅｏｒｙ）??ｉ?／?：／?＼?ｌ?：??ｃｅｎｔｅｒ?（Ｔｈｅｏｒｙ）??ｉ８〇Ｅ＋〇６－?ｉｒｆ＇??４．０Ｅ＋０６?－?＼?ｉ＼??２．０Ｅ＋０６?＾：?Ｖｊ＿Ｖ??ｉ?ｉ?１?ｉ?１?ｉ?１?ｉ??０?１００?２００?３００?４００??Ｔｉｍｅ?／?ｍｓ??圖２－３激波管算例壓力變化模擬結(jié)果與理論計算對比??激波管算例管道左端和中心的壓力變化模擬結(jié)果與理論計算結(jié)果，如圖２－３??所示。理論和模擬結(jié)果均表明，最大壓力達到１４?ＭＰａ。與單相激波管的情況一??樣，非連續(xù)激波被粘性平滑。模擬結(jié)果與理論計算結(jié)果吻合較好，驗證了該方法??對氦與鉛鋰之間壓力波傳播的捕獲能力。薄膜破口瞬間的正壓波將以波速??１７００ｍ／ｓ向傳播。在／＜�。剑欤澹常髸r，它將傳遞至管道中的某一點。在／?＝左＝ｌｅ－３ｓ??ａ?ａ??時，正壓波到達壁面Ａ處。由于在盲端處的反射是正反射，故在時，??ａ?ａ??９?Ｔ??管路中存在向右傳播的正壓波

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]氦氣—鉛鋰包層系統(tǒng)破口事故下壓力傳播特征分析[D]. 陳林.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2019



本文編號：3424047