影响HL-2M 偏滤器靶板冷却性能的结构参数研究

在石墨瓦和热沉板可达到的最高温度的优化目标下,基于热传导和对流换热方程,利用CFX软件采用单一参数分析的方法对HL-2M偏滤器石墨瓦厚度、热沉板内管道中心位置、管道直径、石墨瓦与热沉板接触热阻等关键结构设计变量进行了数值仿真及分析。研究结果表明：石墨瓦厚度为25mm时,HL-2M偏滤器冷却性能最佳;热沉板内管道中心离靶板表面越远,其热交换性能越差,且近似呈线性关系;热沉板内管道直径增大,对偏滤器冷却性能略有提高;石墨瓦与热沉板之间传热系数越大,偏滤器冷却性能有所改善,但对热沉板的热冲击越大。     

HL-2M偏滤器结构动力学分析

用有限元软件分析了动载荷作用下的偏滤器结构动力学响应。通过对动力学和静力学计算结果的对比,确定载荷的动态放大因子。计算结果表明,所设计的偏滤器结构在瞬态电磁力载荷作用下能满足设计准则的要求。     

HL-2M偏滤器冷却回路流致振动研究

基于ANSYS/CFX软件,用双向流-固耦合方法评估不同流速和不同金属软管下HL-2M偏滤器冷却回路的流致振动效应。评估表明：金属软管的等效弹性模量是影响管路振动响应的主要参数,当流体平均流速控制在2~10m·s^-1时,响应较小。管路主要变形区域最大发生概率出现在U型管和金属软管处。因此,尽可能选择等效弹性模量E≥1010Pa的金属软管,建议在U型管和软管区域增加防振加固支撑设计以确保安全。     

HL-2M装置雪花减偏滤器热疲劳分析

利用SOLPS软件,采用有限元数值计算方法,模拟计算了HL-2M装置雪花减偏滤器靶板上热负载分布,分析了偏滤器温度及热应力分布,并使用ITER内部器件设计评判标准对HL-2M偏滤器结构进行热疲劳寿命的评估。结果表明,在低周循环下靶板大部分区域不会经历严重的塑性疲劳,但距离外侧抽气口4mm位置拱顶区域循环寿命约为1963次。模拟结果对HL-2M装置偏滤器设计具有一定参考意义。     

HL-2M装置偏滤器冷却系统设计与分析

建立了HL-2M装置偏滤器水冷流道的等效三维模型,模拟分析了冷却水系统负载的温度和压降.构建了冷却系统的一维流体模型,分析了冷却系统工程设计的水力参数,并与模拟结果进行了比较,结果符合得较好.     

HL-2M上偏滤器结构初步设计及关键制造工艺预研

在充分考虑HL-2M装置的物理目标后,将位于真空室内顶部的上偏滤器设计成"W"形的模块化结构。单个模块由SS-316L背板、石墨块、石墨箔及各类紧固件等组成,模块两端仅通过纬环和焊接螺柱与真空室壳体固定。这种结构为诊断部件提供了尽可能多的空间。利用有限元分析方法,对上偏滤器模块进行了电磁力、结构和热应力等分析。通过优化支撑结构、螺柱数量等,使得偏滤器结构能够满足各类工况条件。最后完成了关键制造工艺的预研,包括焊接工艺、深孔钻工艺、装配、非标紧固件研制等。检测数据表明,预制件最终安装面(石墨块轮廓)与标准模板之间的间隙<1mm,各相邻石墨之间的间隙≤0.5mm,错边≤0.5±0.2mm,且整个模块的漏率<2.5×10^-10Pa·m³·s^-1。这些结果为HL-2M上偏滤器的正式加工提供了支撑。     

HL-2M偏滤器超汽化结构冷却性能研究

利用 ANSYS CFX 分析软件对 HL-2M 偏滤器超汽化结构模块方案进行了热工水力分析。研究结果 表明：在流道高度为 6mm 时,翅片高度为 3mm、厚度为 4mm 的超汽化结构排热能力最佳。当超汽化结构偏滤 器表面热流密度为 10MW·m^-2 时,靶板表面最大温度小于 700℃,热沉最大温度小于 300℃,满足排热能力需求和材料许用范围。     

HL-2M装置常规偏滤器与雪花减偏滤器热工水力分析对比

采用SOLPS程序模拟预测HL-2M装置常规和雪花减偏滤器靶板上的热通量。当流入边缘等离子体区域的热功率约为10MW时,利用CFX/ANSYS软件分析这两类偏滤器各结构、冷却水温度分布及形变和热应力分布情况。结果表明:等离子体总功率相同,雪花减偏滤器靶板上的最高温度比常规偏滤器低169℃;雪花减偏滤器结构所承受的最大热应力和形变比常规偏滤器低约3/7。不改变热负载剖面分布,按一定比例提升热流密度或延长放电时间,雪花减偏滤器体现出比常规偏滤器靶板温升低、冷却水温均衡等优点。因此,雪花减偏滤器能处理更多流进偏滤器区域的热能,有效地降低偏滤器工程设计要求。     

HL-2A 装置偏滤器改造的初步设计

根据HL- 2A 装置的结构特点, 提出了HL- 2A 装置偏滤器系统改造的基本方向。对HL- 2A 极向场线圈系统进行了优化设计, 计算了单零平衡位形, 进行了开放式偏滤器的结构设计, 并对新的偏滤器系统进行了热分析和结构分析。结果表明, 新的偏滤器系统新的偏滤器系统能够满足具有一定拉长比和三角形变的等离子体放电要求。     

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The brazing process of chlorofluorocarbon/oxygen-free-copper (CFC/OFC) composite mockup and CuCrZr at 710~750°C by vacuum brazing and with STEMET-1101 amorphous filler is studied. Firstly, the microstructure and melt behaviors of the filler are characterized by means of XRD and differential scanning calorimetry and then the organism form, elemental distributions, phase structures, and mechanical property in the bonding seams are studied by using optical microscopy, electron probe microanalysis and tensile tests. The thermal fatigue property of CFC/OFC/CuCrZr brazing mockup is measured with the high heat flux facility. The results show that the bonding seam consists of Ni(Cr, Cu)2P particles, Cu(Ni)3P phase and Cu matrix in brazing temperature of 710~750°C, which is smooth and crack-free. Especially, a continued intermetallic phase network in the bonding seam is depressed in the case of 750°C/15min treatment. The welding strength of the OFC/CuCrZr is higher than tensile strength of OFC. The bonding strength of CuCrZr/CuCrZr joint is 210MPa and fracture is partly ductile. The CFC/Cu/CuCrZr mockup prepared in the case of 750°C/15min treatment can tolerate 7MW·m^-2 high heat flux under 1000 cycles.     

Reconstruction of heat flux profile on the HL-2A divertor plate with a three-dimensional analysis model

A three-dimensional analysis model based on the finite element method (FEM) is developed, which can derive the evolution and distribution characteristics of heat flux deposited on the divertor plate from the surface temperature measured by infrared thermography diagnostics. The numerical simulations of surface heating due to localized power bursts and the power deposition calculations demonstrate that this analysis can provide accurate results and useful information about localized hot spots compared with the normal one- and two-dimensional calculations. In this paper, the details of this three-dimensional analysis are presented, and some results in ohmic heating and electron cyclotron resonant heating (ECRH) discharge on HL-2A are given.