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ITER屏蔽包层的热工水力分析

闫慧博  
【摘要】: 屏蔽包层是国际热核实验反应堆的重要组成部分。它的主要作用就是排出聚变产生的热能沉积,并屏蔽聚变过程中产生的中子。在ITER的运行过程中,80%的聚变能都要通过屏蔽包层里面的冷却水带出到环境中。为了保证屏蔽包层能够得到充分、均匀的冷却,对屏蔽包层结构的合理性进行热工水利分析是至关重要的。本文的主要内容是在基于计算流体的基础上,对4号屏蔽包层进行了热工水利分析和优化。 文中首先对ITER中屏蔽模块的整体结构和分布进行了介绍。接下来以所要研究的4号模块为例,详细的介绍了模块中流通通道的结构。然后分别对4号模块的第一壁、径向孔和前集箱进行了分析。由于屏蔽包层内部流通通道结构复杂,分析主要采用的是计算流体力学的方法,通过二维和三维的数值模拟获得冷却水在屏蔽包层中的速度场和温度场等信息,从而对屏蔽包层结构的合理性作出判断。 模拟与计算的结果表明:对于第一壁,其冷却能够满足设计的要求;对于径向孔,由于各个径向孔的阻力不同,造成了径向孔中的冷却水分配不够均匀,针对此问题,本文提出了通过调节盲孔中导流器的长短和导流器与孔壁之间的缝隙来均衡各个径向孔中的阻力。对于前集箱,研究发现其盖板存在着冷却不足和冷却不均匀的现象,本文在已有的导流器上提出了新的改进方案,并给出了改进后前集箱盖板上的温度分布和前集箱内的速度分布。其冷却效果和冷却均匀性比以前有较大的改善,能够满足ITER的设计要求。


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