EAST新型下偏滤器冷却结构 传热性能数值模拟

为实现EAST装置超400s长脉冲高约束模、10MW加热功率下的稳态运行，需对现有的下碳偏滤器进行升级改造，拟采用钨串结极水冷却系统，热通量控制在水冷钨铜第一壁材料允许的稳态的10MW·m^-2。在对下钨偏滤器的冷却结极传热性能进行数值模拟仿真研究的基础上，研究了多种以钨串单元为基础的冷却结极，提出了一种新型下钨偏滤器水冷结极设计，幵建立了满足传热要求的EAST装置新型下钨偏滤器单元结构模型。     

EAST 钨偏滤器外靶板热工水力分析

为提高EAST 偏滤器的抗热载和排热能力,将偏滤器第一壁的材料由原来的石墨改为钨,在结构上,靶板采用了类ITER 的单块结构,支撑和冷却采用一体化的盒式结构。确定了EAST 钨偏滤器的冷却结构后,通过水管的流固耦合传热模型,分析了外靶板在紊流冷却方式下的散热情况。同时计算了在水冷系统失效的情况下,偏滤器外靶板的危险区域在3、5、8、10MW·m^-2 热流密度下的瞬态温度分布情况。结果表明,水流速度在4m·s^-1 时, 水管可以承受峰值功率10MW·m^-2 的热流密度,能够很好地满足EAST 装置运行的排热要求。     

多喷嘴氦冷偏滤器的优化与分析

利用ANSYS/CFX对聚变堆氦冷多喷嘴冷却偏滤器模块在相同高热负荷条件但不同冷却条件下进行了有限元数值分析,得到了偏滤器冷却单元的温度和换热系数分布图,将该温度场作为结构力学分析的加载条件,利用ANSYS/Mechanical对冷却模块进行了稳态条件下的结构应力分析,得到了具有不同结构参数的偏滤器模块的应力分布。通过分析各结构参数对偏滤器模型的热应力的影响,对结构参数进行筛选,得到内应力相对较低的结构设计,从而优化多喷嘴氦冷偏滤器结构。     

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利用ANSYS/CFX对聚变堆氦冷多喷嘴冷却偏滤器模块在相同高热负荷条件但不同冷却条件下进行了有限元数值分析,得到了偏滤器冷却单元的温度和换热系数分布图,将该温度场作为结构力学分析的加载条件,利用ANSYS/Mechanical对冷却模块进行了稳态条件下的结构应力分析,得到了具有不同结构参数的偏滤器模块的应力分布.通过分析各结构参数对偏滤器模型的热应力的影响,对结构参数进行筛选,得到内应力相对较低的结构设计,从而优化多喷嘴氦冷偏滤器结构.     

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利用EAST装置单道远红外HCN激光干涉仪测量了等离子体中心道(R=1.82m)线平均电子密度。通过充气加料连续提升主等离子体密度,首次在EAST装置上观察到偏滤器等离子体的三种不同状态：低再循环(偏滤器靶板处等离子体温度较高,密度较低),高再循环(偏滤器靶板处等离子体温度较低,密度较高)和脱靶(偏滤器靶板处等离子体温度和密度都很低)等离子体状态。分析了EAST偏滤器在这三种不同状态下的物理现象。     

EAST远红外激光干涉仪与密度爬升实验研究

利用EAST装置单道远红外HCN激光干涉仪测量了等离子体中心道(R=1.82m)线平均电子密度。通过充气加料连续提升主等离子体密度,首次在EAST装置上观察到偏滤器等离子体的三种不同状态：低再循环(偏滤器靶板处等离子体温度较高,密度较低),高再循环(偏滤器靶板处等离子体温度较低,密度较高)和脱靶(偏滤器靶板处等离子体温度和密度都很低)等离子体状态。分析了EAST偏滤器在这三种不同状态下的物理现象。     

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介绍了EAST超导托卡马克偏滤器的结构和相关分析,并对第一壁材料的导热性能和结构的换热效果进行了实验测试,验证了结构的可靠性。     

EAST位形磁流体平衡的模拟

对托卡马克平衡反演数值计算代码EFIT进行了改进,使之适用于EAST装置的磁流体平衡研究.用改进后的平衡反演代码EFIT模拟了EAST装置稳态阶段的偏滤器平衡位形.提出极向场线圈电流作为线性方程组主约束条件,期望位形作为从约束条件,求解非对称电流条件下自由边界平衡问题的方法.结果表明,该方法能较为容易地得到非对称电流条件产生的平衡位形,在非对称电流条件下自由边界平衡计算是收敛的.     

HL-2A装置偏滤器室中性气体压强规的研制

HL-2A装置是我国第一个带偏滤器的托卡马克装置，偏滤器运行是一个新课题。在偏滤器研究中，偏滤器室中性气体压强的诊断与控制具有重要意义。为此，我们研制了可工作在强磁场下的快响应电离规(简称：快规)和配套真空计，对HL-2A装置偏滤器室的中性气体压强进行了测量。     

托卡马克放电过程中偏滤器位形的演化

本文研制了适用偏滤器位形的１－１／２维托卡马克输运程度，并该程序模拟了托卡马克装置放电期间偏滤器位形的演化。在纯欧姆加热和有辅助加热两种放电方式下，对不同等离子体电流分布，拉长比，三角形变等参数下等离子体平衡位形的演化过程进行了计算机模拟。     

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破裂诱发的Halo电流会流进内真空室结构,对偏滤器支撑结构有较大的破坏。通过安装在偏滤器支撑结构上的罗柯夫斯基线圈对EAST中Halo电流进行了研究。通过分析不同位置的Halo电流信号,发现这些Halo电流具有环向不对称性,环向不对称因子为2.5, 的最大值是0.65。这些结果对EAST真空室电磁载荷分析有着重要的意义。     

L–H power threshold studies with tungsten/carbon divertor on the EAST tokamak

The power threshold for low (L) to high (H) confinement mode transition achieved by radio-frequency heating and molybdenum first wall with lithium coating has been experimentally investigated on the EAST tokamak for two sets of divertor geometries and materials: tungsten/carbon divertor and full carbon divertor. For both sets of divertors, the power threshold was found to decrease with gradual accumulation of the lithium wall coating, suggesting the important role played by the low Z impurities and/or the edge neutral density on the L–H power threshold. When operating in the upper single null configuration, with the ion grad-B drift direction away from the primary X-point, a lower normalized power threshold is observed in EAST with the tungsten/carbon divertor, compared to the carbon divertor after intensive lithium wall coating. A newly installed cryopump increasing the pumping efficiency also plays an important part in the observed lower threshold. In addition, the H-mode in the Quasi-Snowflake divertor configuration has been obtained on EAST, exhibiting higher L–H power threshold compared to the lower single null configuration with similar I_P/B_T pairs.     

基于EAST装置量热系统的 第一壁热负荷实验研究

通过测量EAST装置水冷系统的出入口冷却水的温差和流量,搭建了第一壁热负荷测量系统,实现了第一壁热负荷的分布测量。实验结果表明,在上单零偏滤器位形放电实验中,该系统测量的热负荷约占总注入能量的80%,其中,接近50%的热负荷沉积在上偏滤器区域。高的加热功率会使得第一壁热负荷更快上升。通过冷却水降温曲线拟合计算得出EAST装置上钨偏滤器水冷系统的热衰减时间约为下石墨偏滤器水冷系统的十分之一。     

HL-2A装置偏滤器室中性气体压强的初步研究

HL-2A装置上首次实现了偏滤器位形放电。采用专门研制的可在强磁场和强噪声环境下工作的快响应真空电离规对偏滤器室内的中性气体压强进行了测量,给出了HL-2A装置偏滤器有关结构的基础数据。初步研究了偏滤器位形和孔栏位形放电期间偏滤器室中性气体压强的特性。     

HL-2A装置上边界间歇性事件与湍流粒子输运的统计学研究

通过对粒子概率分布函数的计算,发现在高等离子体密度下边界间歇性事件的爆发频率有所增加。通过条件平均的手段,正负间歇性事件得以区分,并发现了二者在空间上的不同特征。不同密度梯度下的湍流粒子输运计算表明,间歇性事件与湍流粒子输运之间存在密切联系,间歇性事件的存在能够大大增加湍流粒子输运的大小。在高等离子体密度时,间歇性事件的强度有所增加,而与之相应地,湍流粒子输运的大小也有所增强。     

经典漂移对EAST钨杂质产生和输运特性影响的模拟研究

本文采用蒙特卡罗杂质输运程序DIVIMP,针对先进实验超导托卡马克(EAST)的上单零位形放电,模拟研究了不同漂移情况下(无漂移、离子BíB漂移向下/上)的钨杂质产生和输运特性。结果表明,经典漂移显著影响了钨杂质自偏滤器靶板的溅射通量及其在上游区域的含量。     

Hybrid Method for Tokamak MHD Equilibrium Configuration Reconstruction

A hybrid method for tokamak MHD equilibrium configuration reconstruction is proposed and employed in the modified EFIT code. This method uses the free boundary tokamak equilibrium configuration reconstruction algorithm with one boundary point fixed. The results show that the position of the fixed point has explicit effects on the reconstructed divertor configurations. In particular, the separatrix of the reconstructed divertor configuration precisely passes the required position when the hybrid method is used in the reconstruction. The profiles of plasma parameters such as pressure and safety factor for reconstructed HL-2A tokamak configurations with the hybrid and the free boundary methods are compared. The possibility for applications of the method to swing the separatrix strike point on the divertor target plate is discussed.