高功率密度包层的热结构力学分析与优化

高功率密度包层BFEB是以混合堆FEB的堆芯参数和真空室尺寸为依据，设计用于嬗变核废物的。在工程设计阶段的构件结构力学分析时，首先进行了热结构力学的分析与优化。对包层模件，采用Pro/ENGINEER2000i2设计制图编码建立模型后，用Pro／MECHANICA2000i2功能编码进行热结构力学分析，即稳态热分析和稳态热应力分析。在机械构件材料和气氦冷却状态确定的情况下，通过优化分析，减小了作用于包层构件的表面热负载的分布起伏，即减小裂变功率密度沿包层各区的分布起伏。通过增大氦冷却管板屏的拱弧曲率与圆角以及对其与氦汇流腔的焊接采用优化的深度电子束焊接工艺等优化措施后，计算结果表明：采用HT9铁素体钢制作的包层构件的最高温度为350℃，最大剪应力≤80MPa。包层机械构件将具有良好的热结构力学安全裕度。     

熔盐包层设计与氚增殖比的计算

通过对聚变堆设计包层进行先后的一维、三维氚增殖比计算与分析,确定合适的模块材料、明确的模块划分以及相应的模块厚度,最终找到了合适的满足氚自持(TBR=1.3162)的熔盐设计包层。     

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对新提出的套管结构聚变-快裂变增殖堆包层概念设计方案进行了热工水力学分析和设计,给出了典型的热工设计参数,并结合大型热工水力学软件CFX对其进行了温度场和压力分布的模拟分析。分析结果表明,材料温度均已低于许用温度,冷却剂出口温度高于773K,冷却剂压降也符合工程上的要求,初步验证了增殖堆包层设计的合理性。     

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通过对HCSB-DEMO示范堆包层子模块进行热工水力及中子学的迭代计算及优化,得到了第一壁、包层子模块在单独冷却下满足要求的结构布局。材料温度均已低于限值,冷却剂出口温度达到了500℃,冷却剂压降也符合工程上的要求,同时TBR在不考虑格架等复杂结构的情况下达到了1.30。结合得到的结构布局对第一壁、包层子模块共同冷却情况进行了讨论,鉴于第一壁是具有高热负载的特殊部件,建议工程上采用单独冷却方式进行冷却。     

ITER 包层屏蔽块全尺寸原型件的设计与关键制造技术的研发

ITER 包层屏蔽块全尺寸原型件应基于当前的设计方案,满足其物理功能,并符合包层界面的设计要求。另外,在屏蔽块全尺寸原型件的设计中,还要充分考虑关键制造技术的研发结果,例如深孔钻、TIG 焊接、NDT 检测等技术,这些关键制造技术的研发结果,为设计提供了技术保障。该全尺寸原型件的顺利完成并通过ITER 相应认证程序,是中方签署采购的必由环节,也为今后完成采购包奠定了基础。     

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利用蒙特卡罗粒子输运程序(MCNP)对氦冷固态增殖剂包层聚变示范堆(HCSB DEMO)做了中子通量谱分析。根据中子通量谱特点选出活化片材料,根据跑兔系统和活化片法测中子通量的原理设计出适用于测量HCSB DEMO增殖包层中子的活化片法测量系统,并对其各组成部分及功能做了说明。计算了活化片在测量系统辐照端辐照时的活化反应率、活化片特征γ射线发射率及特征γ计数率,并得到一套合理的测量方案,用于HCSB DEMO包层中子的测量。     

ITER屏蔽包层最新设计的热工水力和热应力分析

介绍了屏蔽包层最新的设计方案,对比了2004年DDD设计方案与新方案在第一壁和屏蔽块结构上的差别,并对第8号包层模块的屏蔽块进行了热工水力和热应力的分析。结果表明,第8号包层模块屏蔽块的最高温度不超过200ºC,最大Von-Mise应力在200MPa以内,基本满足ITER设计要求,但冷却剂压降稍微偏大,达到0.44MPa。另外,在屏蔽块前端暴露在等离子体表面热负荷的部位,根据热应力分析计算结果,对其承载热负荷能力进行评估,改进了设计方案。     

等离子体破裂工况下的聚变堆包层组件电磁分析

在聚变堆中,包层是真空室内的核心部件之一,它直接面对等离子体,工作环境十分恶劣。利用ANSYS 软件的矢量电磁法,计算了中国聚变工程实验堆(CFETR)包层在离子体破裂和垂直位移事件中感应的涡电流和电磁力。介绍了建模、电流源加载、边界条件的设置、求解和计算结果。这为今后包层组件结构的详细设计和优化提供了必要的参考数据和方法。