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聚变反应堆包层中液态金属磁流体动力学效应研究

王红艳  
【摘要】: 在聚变中子源驱动的次临界清洁核能系统概念的科学可行性和技术现实性基础上,发展了聚变一裂变嬗变混合堆包层概念,进行了FDS双冷嬗变核废物多功能包层的热工水力结构设计。本论文针对双冷嬗变核废物包层设计,从液态金属磁流体动力学观点出发,提出与液态金属MHD效应相关的研究设计概念,并对双冷嬗变核废物包层中液态金属MHD压降进行分析研究和模拟计算,评价其可行性。另外,基于聚变中子源驱动的次临界清洁核能系统,针对聚变—裂变嬗变混合堆的本质特点,对液态金属球床包层进行初步地探讨和研究,进行了球床液态金属溢流的磁流体动力学流动的建模分析和计算。 分析了有关液态金属材料的物理化学特性,经过综合慎重考虑和研究,选取液态金属Pb-17Li作为氚增殖剂和中子倍增材料,同时也作为冷却剂和氦气在包层中分离冷却。为减少液态金属MHD压力损失,分析液态余属包层各种相关材料影响因素,在液态金属流动管道内壁加以Al_2O_3绝缘涂层达到电学和热学性质上的绝缘,并起到相当好地氚壁垒效果。针对双冷嬗变核废物包层液态金属的流动特征,进行了MHD压降的研究计算和数值模拟,进行程序实现分析。 在聚变中子源驱动的次临界清洁核能系统的科学可行性和技术现实性基础上,对聚变—裂变嬗变混合堆的多种概念性包层进行探讨,对影响液态金属在球床包层中的MHD压降的相关因素(包括燃料小球的大小、液态金属与燃料小球的占空比和燃料小球表面是否绝缘)进行分析研究。利用渐近线分析法对大Hartmann参数流进行分析,给出了球床液态金属溢流的磁流体动力学压力损失的建模分析和计算结果。


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