托卡马克真空室内线圈水冷管道接头强化二次流的数值研究

基于计算流体力学(CFD)理论，研究了不同曲率半径的螺旋导流片的托卡马克真空室内线圈水冷管道接头。利用湍流数值模拟方法，分析了线圈管道接头导流片曲率半径比、冷却水入口流速对线圈管道内流体平均雷诺数分布的影响。结果表明，不同导流片曲率半径比的线圈管道内的流体雷诺数分布曲线相似，平均雷诺数随入口流速的增加而增大，管道接头出口雷诺数随导流片曲率半径比的增大而减小，导流片曲率半径比小的管接头更适用于线圈水冷曲线管的二次流强化。此外，还为导流片曲率半径比为0.2的管接头拟合了管接头出口雷诺数与入口流速的关系式，为进一步研究类似于托卡马克真空室内线圈管道的曲线管接头的二次流强化提供理论基础。     

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利用ANSYS CFX有限元程序建立了HL-2M欧姆测试线圈和冷却水模型,应用热传导和对流换热方程建立了流固边界层,对线圈的温升和冷却进行了流固耦合计算。计算结果表明,线圈由焦耳热引起的最高温升与电流密度、等效放电运行时间有关,而冷却水流量对最高温升影响较小,冷却水流量主要决定线圈的冷却时间间隔的长度,欧姆测试线圈的最长冷却时间间隔为5min。     

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通过采用控制变量法,调整引线外弧段半径、回线内外弧段半径及回线与TFC间隙等参数,使HL-2M装置的TFC馈线系统在等离子体区域产生的最大杂散磁场降为3.69×10?4T,同时初步评估了馈线在一次放电后的绝热温升,为馈线是否需要冷却提供依据。最后在优化馈线位形参数后,对馈线的支撑和连接形式进行了初步的定性分析和讨论。