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。     

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。     

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为考察ITER真空室中子屏蔽结构组件对选址地法国Cadarache地震加速度频谱的单点响应情况,根据ITER真空室中子屏蔽组件的设计概念和结构特点,建立了组件结构的有限元分析模型。应用有限元分析软件ANSYS对组件进行了结构模态分析,并基于其结果进行了模态叠加。分析发现,组件结构的低阶振型与高阶振型有差异,且结构与低阶频率发生响应,但引起的位移与应力在允许的范围之内。结果表明,装配体结构更能适应结构抗震性的设计要求。仿真计算的结果为组件结构的优化设计和下一步的工程实现提供了可靠的依据。     

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。     

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屏蔽块真空热氦检漏装置热工水力学设计与分析

对ITER包层屏蔽块进行了热工水力学设计及分析,并给出了两套合理的加热方案。分析结果表明,可以通过分阶段改变入口气体温度的方法实现在高效加热屏蔽块的同时满足工程及部件热应力的技术要求,并通过热应力计算验证了加热过程不会对屏蔽块产生不可预期的结构破坏。     

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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。     

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对ITER包层屏蔽块进行了热工水力学设计及分析,并给出了两套合理的加热方案.分析结果表明,可以通过分阶段改变入口气体温度的方法实现在高效加热屏蔽块的同时满足工程及部件热应力的技术要求,并通过热应力计算验证了加热过程不会对屏蔽块产生不可预期的结构破坏.     

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。     

聚变中子学的蒙特卡罗PVM并行模拟在ITER中子诊断设计中的应用

聚变能源很可能是人类文明得以维持发展的新型能源。未来的氘氚聚变堆的结构和工程设计很大程度上依赖于以聚变中子学为基础的计算。在过去的十余年中，很多的核数据库如FENDL和JENDL的检验工作围绕ITER设计而展开。聚变中子学计算包括中子和光子的输运计算。其计算目标是提供反应率和能谱等重要的信息。一维或二维的聚变中子学解析计算能提供一定精度的结果和高效率的优化设计，但对于一个三维的聚变托卡马克反应堆来说，只有蒙特卡罗方法能提供较精确的数值模拟结果。MCNP程序是由LANL实验室发展的用于中子和光子的蒙特卡罗计算的大型程序。PVM的并行计算环境能提高为MCNP程序的运行执行效率。     

ITER遥控运输车支撑腿的设计与分析

借助虚拟样机技术为ITER遥控运输车设计了一种全新概念的支撑腿。该支撑腿能承受50t重的载荷,并能在行程150mm内任意调整高度。机械动态仿真和有限元分析的结果表明,设计的机构不仅完全实现了需要的功能,且还具有载荷恒定、控制变量呈现线性关系等良好特征。     

ITER装置CTB盒体冷屏结构设计与传热性能的数值模拟

为了满足ITER国际组对CTB盒体冷屏的技术要求,论文对其结构型式和传热性能分别进行了设计、选型和数值模拟分析。通过对设计后的冷屏结构进行ANSYS分析,选择了冷屏为3mm厚的3003铝合金材料,确定了冷却管为22mm×22mm-φ18mm外方内圆截面的结构型式,并选择由卡子实现冷却管与冷屏面板的连接固定。最后,利用FLUENT软件针对设计后的冷屏结构进行了流固耦合数值模拟分析,获取了冷屏面板上总体温度的分布情况,验证了论文中选取和设计的冷屏结构型式能够满足ITER国际组设计技术要求,为下一步CTB盒的设计研制提供了技术保证和依据。     

ITER超导母线结构设计与分析

国际热核试验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,简称ITER)采用超导母线(Superconducting Busbar)连接磁体线圈和电流引线,传递整个磁体系统所需的电流.本文就ITER超导母线的绝缘、固定以及结构设计进行阐述,并通过有限元分析法对结构进行分析,为最终结构的确定提供理论依据.     

ITER PF导体缩径机轧辊温升数值模拟研究

文中对ITER PF超导导体缩径机轧辊温升问题进行了数值模拟研究.针对不同导体坯料尺寸和轧辊形状单独建模进行热力耦合数值模拟,基于热力耦合模拟结果构造轧辊传热分析模型,获得了多道次轧制过程中各轧辊的温度场信息,确定了各轧辊处于热平衡状态时的温度场.研究结果表明,各轧辊在轧制400米PF导体后轧辊温度均达到平衡,且平衡状...     

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。     

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ITER转运车的对准系统由托架和对准销等组成。托架使转运车能在装置端口前停靠;使车厢能在各方位上运动,能产生必需的推动力和反作用力。对准销在对准过程中起引导、参照作用,保证车体与端口正确、精确地对准。文中给出了对准系统各功能部件的详细结构设计,必需的调整范围及所要达到的精度。