液態(tài)鉛鋰包層具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、載熱能力強(qiáng)、氚增殖比高等優(yōu)點(diǎn),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(fù)載、高壓力梯度等嚴(yán)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(shí),高壓氦氣會(huì)迅速注入鉛鋰流道,形成復(fù)雜的兩相流動(dòng)和沖擊波效應(yīng),可能會(huì)導(dǎo)致峰值壓力超過(guò)設(shè)計(jì)限值,進(jìn)而對(duì)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(duì)包層內(nèi)破口事故瞬態(tài)過(guò)程進(jìn)行深入研究。本文通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,對(duì)氦冷液態(tài)鉛鋰包層內(nèi)破口事故發(fā)生時(shí)高壓氦氣沖擊鉛鋰的瞬態(tài)過(guò)程進(jìn)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(shí)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(duì)鉛鋰密度項(xiàng)采用可壓縮處理以精確模擬壓力波的傳播過(guò)程。經(jīng)過(guò)與激波傳播算例、氦氣-鉛鋰兩相流算例的對(duì)比校驗(yàn),從理論上驗(yàn)證了對(duì)氦氣-鉛... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)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(yè)數(shù)】：108 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１聚變堆包層概念設(shè)計(jì)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(yàn)??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(dòng)。我們需??要分別利用本章構(gòu)建的方法對(duì)以上現(xiàn)象單項(xiàng)模擬分析驗(yàn)證，保證計(jì)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(huì)形成間斷的??壓力波，激波傳遞過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致物性的間斷變化。準(zhǔn)確的模擬激波在鉛鋰中的傳??播與壁面反射，對(duì)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(dòng)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(dòng)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(yàn)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(kāi)，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?yàn)楣艿罒o(wú)限長(zhǎng)，氦氣部分可看做處于恒壓??８Ｍｐａ，ｔ＝０時(shí)亥ＩＪ，薄膜突然破裂，薄膜處會(huì)產(chǎn)生一個(gè)ＡＰ二８－２?＝?６Ａ４Ｐａ的正壓力??波擾動(dòng)。??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(jì)算對(duì)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(jì)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(dá)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(jì)算結(jié)果吻合較好，驗(yàn)證了該方法??對(duì)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(shí)，它將傳遞至管道中的某一點(diǎn)。在／?＝左＝ｌｅ－３ｓ??ａ?ａ??時(shí)，正壓波到達(dá)壁面Ａ處。由于在盲端處的反射是正反射，故在時(shí)，??ａ?ａ??９?Ｔ??管路中存在向右傳播的正壓波

【參考文獻(xiàn)】：
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(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2019



本文編號(hào)：3424047