液态金属自由表面射流在非均匀磁场下的磁流体力学效应研究

近年来，由于考虑液态金属作为偏滤器／限制器和第一壁的面对等离子体材料，液态金属自由表面受到越来越多的关注。原因在于液态金属自由表面具有高效的排热和吸热性能、能随强的中子辐照和高的表面热功率密度等特点，而这是未来先进聚变堆对偏滤器、限制器、第～壁材料所要求的。为此，美国启动了庞大的研究项目——ALPS／APEX，而各主要发达国家也展开这方面相关的研究工作。但是目前对于液态金属自由表面在聚变相关条件下的了解还是很有限的，特别是射流，这是由于射流在非均匀磁场下的行为太复杂：一方面是涉及流体力学的自由表面问题。另一方面是导致其更为复杂化的磁流体力学（MHD）效应。本文就液态金属自由表面射流在非均匀磁场下的稳定性展开研究，而研究其稳定性的关键在于它的磁流体力学效应。     

自由表面磁流体射流不稳定性分析（Ⅱ）

在“自由表面磁流体射流不稳定性分析(Ⅰ)”一文中，分析了圆形截面自由表面磁流体射流在一个均匀或非均匀磁场中的不稳定性行为。本文以类似的方法分析了圆形截面射流(下文“射流”亦特指“圆形截面射流”)在两个相互垂直且非均匀的横向磁场中的磁流体不稳定性行为；这是磁聚变中液态金属偏滤器和限制器所处的情况，即，环向和极向磁场同时作用于自由表面射流。     

液态金属自由表面射流磁流体力学效应的数值模拟

液态金属自由表面在上个世纪70年代就已经提出来了，直到上个世纪的90年代作为液态偏滤器／限制器和液态第一壁概念，才真正引起广泛的兴趣和关注，并重新加以研究。与传统的固体靶板材料相比较，采用液态金属自由表面的偏滤器／限制器和第一壁主要优点如下，（1）能承受更高的表面热功率密度和耐中子辐照，（2）连续性和可更新性，容易实现循环更新，（3）能在较高的温度下工作。     

液态金属自由表面膜流MHD效应的数值模拟

对液态金属自由表面膜流在强磁场下的磁流体力学效应进行了数值模拟研究,获得了液态金属自由表面的形状、截面流速分布及截面上的电动势分布,从而能对膜流的一些磁流体动力学行为作出解释。数值计算结果与理论分析和实验结果符合较好。由实验和数值模拟结果可以得出,液态金属膜流通过强磁场时,磁场会阻碍膜流的运动。     

新液态金属实验回路

本文报道液态金属实验回路的安全技术改造。改造完毕后的回路消除了原回路的周有安全隐患．改善了可调恒定磁场的稳定性，提升了数据采集和处理系统的性能和可靠性。安全改造后的新液态金属实验回路具备了开展液态偏滤器和液态包层相关的磁流体动力学效应（MHD）及其热工水力学方面的研究条件。     

30 keV He~(2+)在不同倾斜角度的聚碳酸酯微孔膜中的传输过程

本文测量了30 keV的He~(2+)入射倾斜角度分别为-0.5~?,-1~?,-1.5~?和-2.5~?的聚碳酸酯纳米微孔膜后,出射粒子角度分布、电荷态分布以及相对穿透率随时间的演化.当微孔膜倾斜角度在-0.5~?,-1~?和-1.5~?时,出射的He~(2+)离子始终保持在入射束流方向,出射的He~0原子出射方向由微孔孔道方向逐渐转移到入射束流方向,在实验过程中观测到明显的电荷交换,这一现象与之前发现的导向效应不同,微孔内部沉积的电荷斑和微孔内表面原子的短程集体散射作用,克服入射离子的横向动量,使入射离子在微孔内表面以上以类似镜面掠射的方式出射,并发生时间演化效应,主要传输机制为电荷斑辅助的表面以上的类似镜面掠射行为.而当倾斜角度在-2.5~?时,出射的He~(2+)离子始终保持在入射束流方向,出射的He~0原子始终保持在微孔孔道方向,沉积的电荷斑很难克服入射离子的横向动量,没有时间演化效应,主要传输机制为微孔内表面以下的多次随机非弹性碰撞过程.这一物理图像使中能离子入射不同倾斜角度的微孔膜物理认识更加深入和完整.     

回路技改中的钠钾安全处理

液态金属实验回路自1992年建成以来，已开展了一系列如导电、绝缘管道流的磁流体动力学（简称MHD）效应等实验研究，同时开展了自由表面流体的MHD效应研究。由于回路管道中的钠钾合金化学活性极其活泼，潮湿的空气中发生剧烈燃烧，遇水发生剧烈反应并爆炸，     

Һ̬�������ɱ���������������ѧЧӦ����ֵģ��

分析了磁流体力学效应对液态金属自由表面射流稳定性的影响。从射流的感应电势、电流、速度等方面,解释射流在磁场中稳定的原因。数值计算结果验证了理论分析。     

非均匀磁场中自由表面液态射流的MHD稳定性分析

基于在液态金属实验回路上的实验,对非均匀磁场中液态金属射流的MHD稳定性进行了研究,建立了一个描述射流性能的简化模型。由此简化模型所得的结果与从实验获得的结果相比较表明,它们相当吻合,并发现在此液态金属射流中存在一个固有稳定性区域。     

HL-2M 初始放电位形及波形设计

利用 EFIT 设计了可用于 HL-2M 初始放电的圆截面限制器位形以及偏滤器位形;设计了满足放电击 穿条件要求(零场区域平均杂散磁场应不超过 20G)的零场位形。综合分析放电过程伏秒数消耗及真空室涡流的影 响,使用 PF8 线圈电流补偿真空室涡流产生的杂散磁场,设计了等离子体电流 200kA 的限制器位形及偏滤器位形 的自洽的放电波形。将该放电波形作为放电调试的参考波形,成功实现了限制器位形的初始放电实验。      

Study of Surface and Bulk Instabilities in MHD Duct Flow with Imitation of Insulator Coating Imperfections

1 Introduction To understand the inherent relationship between surface and bulk MHD instabilities in liquid metal self-cooled blanket channels and in liquid-metal free surface devices, differently-scaled copper wires were connected to the electrodes to imitate various insulator coating imperfection conditions, and therefore to recreate surface and bulk MHD instabilities related to micro crack MHD effects observed in previous experiments MHD instability is an important problem, as it will affect heat transfer and possibly divertor and limiter performance. Although many researchers have contributed to the understanding of MHD effects via experiments and theory.     

自由表面磁流体射流不稳定性分析(II)

用微分解析方法分析了自由表面磁流体射流在两个非均匀、相互垂直的横向磁场中的稳定性行为。获得了在给定射流初始速度分布和磁场分布条件下射流的速度空间分布表达式;分析了射流扭转及向外溅射的位置。     

带引流条导电矩形管磁流体湍流大涡数值模拟

为研究引流条对磁流体湍流的影响，采用自主开发的低磁雷诺数流固耦合磁流体相干结构模型大涡模拟求解器，对均匀磁场作用下平行层内带引流条导电矩形管和标准导电矩形管中液态金属湍流进行了数值模拟研究。结果表明，外加垂直流动方向的均匀磁场与流动的导电流体相互作用产生与流动方向相反的洛伦兹力，能够抑制磁流体的湍流脉动，这种抑制作用随着哈特曼数增大而增强。在弱导电率条件下，当Re=16350、Ha=212 时，两种管道中的流动均转换为层流流动状态。管道内壁面摩擦系数随着哈特曼数的增大而增大。引流条能在其近壁局部区域增强横向速度，有效激发湍流，但在弱壁面导电率条件下，带引流条导电矩形管壁面摩擦系数较标准矩形管大。     

Analyses of edge plasma characteristics in HL-2A

The edge plasma characteristics are studied by both a movable array of Mach/Reynolds stress/Langmuir 10-probes in the boundary region and the fixed flush probe arrays on the 4 divertor neutralization plates at the same toroidal cross-section in the HL-2A tokamak. The dependence of the Reynolds stress on poloidal flow in the edge plasma is analysed. The result indicates that the sheared poloidal flow in tokamak plasma can be induced by the radial gradient of Reynolds stress. In the divertor experiments of HL-2A, the profiles of the electron temperature, density and floating potential on divertor plates are measured by the flush probe arrays. The edge electron temperature in divertor configuration is higher than that in limiter configuration. The temperature asymmetry between outer and inner target plates is observed. The result of magnetic surface reconstructed from 18 Mirnov coils signals is presented. Both the particle recycling and the impurity flux in the bulk plasma during divertor discharges are discussed. Neutral gas pressure in divertor chamber, measured by fast ionization gauge during divertor discharge, is given.     

聚变堆液态包层准二维磁流体湍流模型研究

为研究聚变堆氚增殖包层中液态金属湍流磁流体动力学(MHD)效应,开发了一种新的准二维单方程 MHD 湍流模型,并进行了相关数值模拟程序的编制及验证。对于矩形管道中的准二维 MHD 湍流流动,三维流 动主要发生在哈德曼层中,中心的主流区呈现出二维流动。为了反映这种特殊的流动特征,新湍流模型在标准 k-ε 模型的基础之上去掉了传统的耗散项,代之以电磁耗散项来模拟湍流 MHD 效应。同时,采用 Bradshaw 假设来对 湍流涡粘系数进行模化。为验证该湍流模型是否合理,编制了相关数值模拟程序,并利用直接数值模拟(DNS)结 果对该程序进行了校正,数值模拟结果与 DNS 结果吻合较好。计算结果表明,该湍流模型可应用于聚变堆液态 包层 MHD 湍流流动的数值模拟。     

带通道插件管道流磁流体动力学效应的数值模拟

采用二维完全发展流模型对聚变反应堆包层带通道插件和压力平衡槽隙的矩形磁流体管流的MHD效应进行数值模拟,分析速度分布,MHD压降随哈德曼数以及通道插件的电导率的变化规律.与无插件磁流体管流相比,带绝缘通道插件管流MHD压降显著降低,MHD压降随哈德曼数的增加而减小,通道插件材料的电导率增加MHD压降系数减小.压力平衡槽隙处的回流与通道插件的电导率有关.在宏观上计算结果与实验结果和简化理论结果一致.     

液态锂限制器的铺展性测试平台设计及初步实验

为研究液态锂在电磁驱动限制器表面的铺展特性,设计了与EAST限制器接口相同的限制器测试平台。该平台运行时真空环境可达10^-4Pa,对被测限制器可加热至350℃。在限制器锂回路管道上,利用外部2T水平磁场以及竖直方向施加的最大为200A的直流电流,形成电磁驱动力驱动下的锂液循环回路。测试平台设有顶部和正面两个观察窗,能够在可视化条件下,完成液态锂限制器的铺展性测试实验。基于该测试平台,对首次设计的双通路液态锂限制器,研究了不同实验温度和驱动电流下液态锂在限制器表面的流动铺展情况。结果发现,锂的流量和限制器表面结构是影响锂液铺展的主要因素。