ITER中子屏蔽结构的设计与分析

在ITER真空室的双层壳体之间嵌入中子屏蔽结构用来屏蔽聚变反应中产生的中子流和降低环向磁场的波纹度,从而确保聚变反应的安全进行。阐述了中子屏蔽结构的概念设计、设计准则、详细设计、装配方案等整个设计过程。选取组成整个中子屏蔽结构的一个屏蔽块作为研究对象,通过分载荷步对其进行了热-结构耦合分析,获得各部件响应应力均小于许用应力,满足ITER国际组的设计要求,从而验证了中子屏蔽结构设计的合理性。     

ITER中子屏蔽结构的虚拟装配研究

国际热核实验反应堆ITER计划是一项大型国际研究合作项目。中子屏蔽结构位于真空室内、外壳之间,其作用是屏蔽中子流、降低环向磁场波纹度。中子屏蔽结构的虚拟装配需要与其设计同时进行,以便指导和改进设计。为了实现其虚拟装配,运用反装思路,通过DELMIA创建其拆卸路径来设计并仿真整个装配过程,实时分析其装配间隙,作为对模型进行优化设计的依据。所得结果满足ITER国际组对中子屏蔽结构的设计要求,并为结构的实际装配提供了参考依据。     

ITER装置中IWS装配仿真设计及研究

内中子屏蔽层(IWS-In Wall Shielding)是国际热核聚变实验装置(ITER)中核心装置-真空室(VVVacuum Vessel)的重要组成部分.由于真空室结构复杂,各项性能要求高,根据ITER国际组织要求,其所有结构必须结构设计与装配模拟研究同步进行,通过对其装配过程的动态模拟,确定其各部件的装配关系,...     

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通过Ansoft Maxwell有限元分析软件,用封闭圆桶模型对ITER送气系统阀门箱的磁屏蔽进行了计算。计算,获得了屏蔽层厚度、上端开孔及侧面狭缝对磁屏蔽的影响方式及规律,给出了一种具有合理参数的可能设计。     

ITER真空室中子屏蔽设计

ITER真空室中子屏蔽主要是屏蔽中子流、伽马射线以及降低环向场波纹度。介绍了ITER真空室的结构特点及屏蔽结构料材的选取情况,发展了屏蔽设计思想及相关的支撑结构,对铁磁性材料填充区域进行了布局设计。依据ITER真空室物理学计算结果,确定了屏蔽区域屏蔽材料的填充率。基于三维建模软件进行了屏蔽块零件库的仿真设计和屏蔽结构的模拟仿真。     

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采用一体化安全分析程序,建立了ITER装置第一壁/包层及其主热传输系统、抑压系统的事故分析模型。对真空室内第一壁冷却剂管道双端断裂的失水事故进行计算,并选取单根冷却剂管道双端断裂和多根冷却剂管道双端断裂导致的失水事故工况进行热工水力行为的研究,分析相关系统的热力响应。分析表明,在发生第一壁冷却剂管道断裂事故后,由于冷却剂向真空室内释放,导致真空室内压力升高,之后由于抑压系统爆破盘的开启,可以有效缓解真空室内压力的升高,能够保障真空室系统满足设计限值。     

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采用有限元方法计算了垂直位移事故中ITER包层系统及周围主要部件的电磁场力和力矩。通过ANSYS APDL动态模拟垂直位移事件过程中等离子体电流的形状和大小,并加载外界磁场,计算得到了包括包层在内的所有导体内部的感应电流分布。通过计算,得到了各个位置的包层模块的力和力矩,可用于评估该事故下包层系统的安全性。     

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阐述了ITER遥控运输车初步结构和工作状况,运用有限元方法对其进行模态分析并在地震载荷作用下进行加速度反应谱分析,验证了遥控运输车在地震情况下的安全性并给下一步的优化设计和实验提供了参考数据。     

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对ITER靠近中性束端口的标准屏蔽包层模块进行了热工水力与热应力计算与分析。首先用流体力学方法计算了两种导流管的阻力系数,然后通过合理简化计算了冷却管道系统的水力学,最后根据水力学的计算结果得到温度及应力的分布。分析结果表明,现有的屏蔽包层设计与旧的设计相比,能更有效地降低能量损失、提高冷却效率,满足设计要求。同时需要做局部改进,以确保安全运行。     

FJ中子屏蔽层设计及虚拟装配

基于单元块的概念设计,对FJ中子屏蔽层进行了空间布局,并提出命名方法。基于真空室扇区与扇区接口确定的虚拟设计空间,将三维模型特征数字化。通过反求设计方法,对FJ中子屏蔽层进行了结构设计。为缩短设计周期,提高设计效率,采用了骨架建模和Instance建模方法。同时,对FJ中子屏蔽层进行了虚拟装配。     

ITER聚变装置重力支撑有限元模态分析

运用有限元分析软件ANSYS建立了ITER装置重力支撑结构环向20°的三维有限元模型,采用子空间法对ITER重力支撑结构系统进行了有限元模态分析,求出了重力支撑系统的前10阶固有频率和振型,并对振型特点进行了分析。     

ITER真空室支撑筋板结构设计与强度分析

作为真空室的重要部件,支撑筋板既需要支撑真空室双层壳体,又需要支撑中子屏蔽层。在实际工作中,支撑筋板必须满足运行时的各项强度要求。分析了真空室结构特点,以及真空室支撑筋板的平面布局与结构要求。运用CATIA软件设计了支撑筋板,并在ANSYS Workbench环境下对其作了有限元分析,得到支撑筋板在真空室内工况下的强度应力云图和应变云图。结果分析表明,支撑筋板的结构和强度均满足设计要求,很好地保证了ITER真空室的正常运行。     

2GW功率下CFETR中子屏蔽的初步中子学研究

在中国聚变工程实验堆(CFETR)真空室最新设计尺寸下,利用蒙特卡洛中子输运程序(MCNP)建立一维中子学模型,在2GW 的聚变功率下进行了计算。分析了中子反射材料ZrH₂ 对中子的屏蔽效果,发现200mm 的反射层可以屏蔽94.3%的中子通量和94.9%的中子核热。研究CFETR 在运行10 个满功率年(FPY)和20FPY 后,对应不同中子壁载荷的最小屏蔽包层厚度。结果显示,装置运行10FPY 后中子壁载荷在1.0MW·m⁻²、1.5MW·m⁻²、 2.5MW·m⁻² 时所对应的最小屏蔽包层厚度分别为44cm、53cm、65cm;而在装置运行20FPY 后,则需要在径向方向更厚的屏蔽包层才能满足中子屏蔽要求。屏蔽包层的尺寸优化将为目前阶段的CFETR 先进包层设计提供参考。     

ITER磁体重力支撑系统的应力强度分析

用ANSYS有限元软件,分析了ITER重力支撑系统的静力情况。采用实体单元建立有限元模型,分析了磁体重量、热载荷、地震和电磁力多种工况下的应力分布及位移变形,获得的最大应力强度和最大位移均在许用应力及允许位移范围内。为进一步优化ITER重力支撑系统提供了重要的参考数据。     

ITER中子通量监测器原型的研制

研制的用于国际热核实验堆(ITER)的中子通量监测器由裂变室探测器组合构成,包括两只不同     

ITER纵场磁体支撑屈曲分析与半原型测试件初步设计

针对新设计的ITER纵场重力支撑结构特点,用ANSYS有限元软件对它建立了有限元模型。采用Block Lanczos方法求出了ITER重力支撑的屈曲特征值。分析结果表明ITER重力支撑不会发生屈曲。为了确保新设计结构的可靠性,初步设计了全尺寸支撑的半原型件拟用来对支撑进行工程受力测试。