随机填充增殖剂球床内载气流动特性数值模拟

固态氚增殖包层是聚变堆及聚变-裂变混合堆产氚包层的重要候选结构之一,其球床通道内载气流动特性将影响氚提取效率。利用离散元方法(DEM)生成随机填充增殖剂球床,通过径向孔隙率分布验证其合理性,计算流体力学(CFD)模拟计算其通道内气体流场特征。模拟得到:球床内吹扫氦气流速随孔隙率波动并随入口流速增大而均匀增大,通道内氦气流向及流速变化显著,Blake-Kozeny方程可良好预测该随机填充球床通道压降。     

包层氚增殖球床不同装载方案的有效热导率研究

针对聚变堆固态包层的产氚载体中锂陶瓷颗粒组成的氚增殖球床,建立了基于离散元-计算流体力学(DEM-CFD)方法的球床传热分析模型,进行了离散元(DEM)几何模型有效性验证、网格敏感性分析和计算流体力学(CFD)传热模型有效性验证.用该模型模拟计算了粒径分布球床、不同粒径的一元球床、二元球床的有效热导率,研究了相同填充率...     

均匀化模型对CFETR氦冷包层中子学影响研究

在CFETR氦冷固态包层及球床结构的最新概念设计方案中,基于均匀化模型、仅球床均匀化模型与高保真模型分别进行了中子学计算分析.研究了结构均匀化及球床空间自屏效应对包层中子学影响以及小球尺寸对氚增殖比的影响.结果表明,(1)结构均匀化模型对氦冷包层中子学影响较小;(2)随着小球直径的减少,球床空间自屏效应堆氚增殖比的影响...     

增殖剂球床载气体流动特性

增殖剂球床是聚变堆或混合堆产氚包层可选结构之一,准确把握增殖剂球床中载带气体的流动特性有助于提高对球床载氚过程的认识并优化包层设计。采用离散元程序PFC3D模拟增殖剂小球的填充行为,在球床内不同位置随机截取不同尺寸的控制体,利用布尔运算中的"差集"得到孔隙范围,建立孔隙分布的三维几何模型,进一步划分网格并用计算流体力学(CFD)方法求解,得出控制体上单位长度的压降以及单元体内的速度分布特征,计算结果发现载带气体速度分布与γ分布很类似,且只要选取恰当的控制体,通过计算流体力学方法可以较好地分析整个球床孔隙内流体的流动,有利于进一步研究载氚及相关过程。     

中国超导聚变工程实验堆氦冷固态包层中子学设计分析

根据中国聚变工程实验堆(CFETR)设计要求,参考氦冷固态包层实验包层模块(HCCB TBM)的设计经验,完成了CFETR固态包层的中子学设计分析,并评估了中平面位置可开窗口的最大面积。设计分析结果表明,基于增殖单元的固态包层中子学设计方案的氚增殖比(TBR)达到了1.243,满足CFTER氚自持设计要求;中平面可以开出的辅助窗口的最大面积为11.43m²。     

中国超导聚变工程实验堆氦冷固态包层中子学设计分析

根据中国聚变工程实验堆(CFETR)设计要求,参考氦冷固态包层实验包层模块(HCCB TBM)的设计经验,完成了CFETR固态包层的中子学设计分析,并评估了中平面位置可开窗口的最大面积。设计分析结果表明,基于增殖单元的固态包层中子学设计方案的氚增殖比(TBR)达到了1.243,满足CFTER氚自持设计要求;中平面可以开出的辅助窗口的最大面积为11.43m2。     

铜导体CFETR氦冷固态包层及屏蔽中子学设计与分析

根据铜导体CFETR设计要求,对铜导体CFETR固态包层和屏蔽进行了中子学设计与分析,提出了套管结构的氦冷固态包层设计方案。包层设计和屏蔽分析结果表明,基于套管的氦冷固态包层的氚增殖比(TBR)达到了1.25, 满足铜导体CFTER氚自持设计要求;环向场线圈绝缘层在堆寿期内不会出现显著的辐射感应电导率(RIC)与辐射引起的电气性能退化(RIED)效应。     

铜导体CFETR氦冷固态包层及屏蔽中子学设计与分析

根据铜导体CFETR设计要求,对铜导体CFETR固态包层和屏蔽进行了中子学设计与分析,提出了套管结构的氦冷固态包层设计方案。包层设计和屏蔽分析结果表明,基于套管的氦冷固态包层的氚增殖比(TBR)达到了1.25,满足铜导体CFTER氚自持设计要求;环向场线圈绝缘层在堆寿期内不会出现显著的辐射感应电导率(RIC)与辐射引起的电气性能退化(RIED)效应。     

固态氚增殖包层中球床堆积性能研究

基于球床堆积实验和离散元数值模拟对包层中球床的堆积性能做了初步研究。圆柱形一元(单尺寸颗粒)球床的堆积性能的结果显示随着球床直径与颗粒直径比的增大,球床的平均堆积因子逐渐增高,实验与模拟结果一致;采用二元颗粒(双尺寸颗粒)、提高颗粒粒度比可以显著提高球床的堆积因子,二元球床的堆积因子随着大颗粒体积分数的增加先增加后减小,在大颗粒体积分数约为60%~80%时达到最大。优化了二元球床的填充工艺,最终二元球床的堆积因子基本达到0.8,但球床的均匀性欠佳。     

CFTER包层第一壁热工水力分析

简要描述了CFETR氦冷固态增殖包层的结构设计,介绍了包层第一壁的冷却结构。用ANSYS CFX程序对CFETR包层第一壁进行了热工水力分析。研究了如何获得第一壁的最佳出口温度,并保证第一壁结构材料的热负荷承受能力。讨论了通过改变冷却管道粗糙度和优化冷却管道布置两种方法对第一壁结构进行优化。结果表明,优化的冷却回路既满足了材料的许用温度要求,又满足了氦气的出口温度要求。     

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As one of the breeding blanket candidates for China Fusion Engineering Test Reactor (CFETR), the water-cooled ceramic blanket (WCCB) was proposed to use binary mixed breeding pebble bed in order to increase the packing factor and meet tritium breeding ratio requirement. The DEM method was used to establish the packing structure of binary pebble bed which can meet the neutronics requirements and the flow characteristic of helium in the pebble bed was analyzed by CFD simulation. Porosity distribution, velocity distribution and pressure drop in the pebble bed were discussed.     

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The packing behaviors of pebble bed in blanket were investigated by packing experiment and discrete element modeling. The packing behaviors of cylinder mono-sized pebble beds show that the average packing factor is gradually increased with increase of the diameter ratio of the bed to pebbles. The experimental and simulated results of cylinder mono-sized pebble beds are in good agreement. Using binary-sized pebble packing and increasing the size ratio of binary pebbles can increase the packing factor of pebble bed, significantly. For binary-sized pebble bed, the average packing factor increases first and then decreases with the increase of the large pebble volume fraction. The maximum value is achieved when the larger pebble volume fraction is about 60%~80%. By optimizing the filling process of the pebble bed, the packing factor of the binary-sized pebble bed has reached 0.8, but the uniformity of the binary-sized bed is poor.     

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通过离散元法初步模拟了微球在重力作用下的堆积行为,并分析了氚增殖区Li4SiO4球床的局部堆积结构.研究结果表明,摩擦系数和恢复系数对球床最终堆积结构有很大的影响.当摩擦系数较小时,摩擦系数对球床堆积结构的影响起主要作用;当摩擦系数较大时,恢复系数对球床堆积结构的影响起主要作用.球形颗粒从靠近壁面处的规则分布逐渐过渡到内部区域的均匀随机分布.球床局部堆积因子表现出了明显的壁面效应,其分布随着微球到壁面距离的增加而呈现出振幅逐渐减小的振荡趋势.所得到的球床堆积结构信息可用于研究球床传热特性和提氚气体流动特性的随机堆积球床模型的建立.     

中国 HCCB-TBM 氚增殖球床热工水力学特性数值模拟

基于 CFD 软件平台,针对中国 HCCB-TBM 氚增殖区球床热工水力学特性开展 3 维数值模拟研究。 依据 ITER 实际运行工况给出吹氚氦气和结构冷却剂氦气在硅酸锂球床内的流动与传热特性,获取球床内详细的 速度分布、温度分布和压力降。计算结果表明：圆球的排列方式影响球床内氦气流场和球床的最高温度;ITER 运行工况下 HCCB-TBM 增殖区硅酸锂小球及其壁面的最高温度不会超过设计温度。研究结果为增殖区热工水力 学方案的设计验证和下一步开展实验提供参考。     

HCCB-DEMO氦冷固态包层热工水力计算及分析

根据这几年HCCB-DEMO包层技术的发展,对原氦冷固态氚增殖包层进行相应设计改进。利用三维有限元软件CFX对该改进设计进行了热工水力学计算及分析。分析模型包括：第一壁,增殖单元,筋板以及三者集成模型。结果表明：各子部件在单独分析的情况下,材料最高温度低于设计要求限值;冷却剂进出口温度为300/500°C,满足设计需求。同时对比分析了集成计算及单独计算的结果,得出第一壁与铍球床之间的相互热作用较大,铍球床材料最大温度会高于设计限值。针对经集成计算后发现的问题,未来将对氦冷固态包层的设计进行进一步的优化。