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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。     

ITER屏蔽包层屏蔽块热工水力分析

通过ANSYS CFX对ITER屏蔽块进行了热工水力分析,对同一计算模型给出了两套不同的网格,分析了网格对计算精度的影响,结果表明两套网格都有较好的计算精度。通过数值模拟分析了壁面粗糙度对流动及传热的影响,结果表明壁面粗糙度是影响传热的一个非常重要的因素。     

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。     

ITER屏蔽包层第一壁人工缺陷模块热传导计算与分析

设计了3个外形一致的模块,其中两个在铍铜界面处预制有不同尺寸、形状和位置的缺陷,另一个是无缺陷的完整模块。通过有限元计算方法,分析了预制缺陷对温度分布的影响。通过无缺陷的完整模块的传热分析,评估有效的缺陷位置区域,计算了不同尺寸、形状、位置的缺陷的温度分布;根据对热传导基本公式中的各个量分别进行研究,并通过比较各种因素,得到了缺陷影响铍和铜合金界面温度的主要因素。     

ITER屏蔽包层模块的热工水力学计算与分析

国际热核实验堆（ITER）项目是一个大型的能源科学项目，也是继国际空间站之后最大的国际科技合作项目，其主要目的是演示利用聚变能大规模商业发电的科学与技术可行性。ITER的关键技术之一是包层技术，它的基本设计工作在2001年就已经完成，之后又进行了一些比较大的改进，这些改进中包括了冷却系统。冷却系统是由很多的径向管组成的方阵（如图1），整个屏蔽包层的冷却主要由这些径向管完成，它们分别位于8个系列上，系列之间是串联关系，在图1中，冷却剂流经系列的顺序是6-58-74-32-1。每两个系列通过前集管组成一对（总共4对），如系列6和5，     

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。     

ITER屏蔽块前集箱盖板的冷却强化

运用FLUNET软件对ITER屏蔽模块上的前集箱进行了数值模拟计算。计算结果表明,前集箱盖板存在冷却不均匀和冷却不够充分的问题。根据数值模拟的结果,对前集箱中的导流板进行了改进,并给出了改进后导流板的几何尺寸和结构。改进后的数值分析结果表明,采用改进后的T型导流板,前集箱盖板的冷却可以满足ITER的要求。     

ITER驱动次临界包层总体结构概念设计

详细介绍了ITER驱动的次临界包层结构设计,沿环向360整个次临界包层被分成36瓣,单瓣包层以等离子工作腔为分界面被分为内、外两部分,分别由第一壁结构、支承结构、燃料区结构、产氚区结构和锆包壳结构等组成。有别于ITER装置现有的小模块包层结构,单瓣内、外包层被设计成一种整体式内置结构,从而减少了裂变燃料区中大量内嵌冷却剂压力管道接头数量、缩短了换料周期并节约了成本。同时考虑到ITER装置本体结构空间对次临界包层的限制,提出了一种既能满足包层热工-流体要求又能实现包层工程焊接安装的管道汇总结构。最后运用Pro/e建模软件建立了包层三维CAD结构图,为后续结构力学分析输出了有限元计算模型。     

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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。     

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采用了解析法和ANSYS软件对ITER超导母线稳态时在CFT冷屏上产生的磁场分布和失超时在CFT冷屏上产生的涡流分布做了对比分析,得到的结果相互吻合,这为后续的电磁-结构以及电磁-热耦合分析提供了参考数据。     

ITER杜瓦的电磁-结构耦合分析

文中介绍了ANSYS软件进行耦合场分析的两种方法,通过比较采用了载荷传递耦合法对ITER杜瓦进行了电磁-结构的耦合分析。先是应用ANSYS进行了杜瓦电磁分析,获得了等离子体线性36ms破裂情况下的涡流及电磁力的变化趋势;然后将获得的电磁载荷耦合到结构分析中,获得了结构的应力和应变。分析的结果表明现有的设计符合设计要求。     

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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。