EAST新型下偏滤器冷却结构 传热性能数值模拟

为实现EAST装置超400s长脉冲高约束模、10MW加热功率下的稳态运行，需对现有的下碳偏滤器进行升级改造，拟采用钨串结极水冷却系统，热通量控制在水冷钨铜第一壁材料允许的稳态的10MW·m^-2。在对下钨偏滤器的冷却结极传热性能进行数值模拟仿真研究的基础上，研究了多种以钨串单元为基础的冷却结极，提出了一种新型下钨偏滤器水冷结极设计，幵建立了满足传热要求的EAST装置新型下钨偏滤器单元结构模型。     

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。     

聚变堆熔盐冷却偏滤器靶板结构设计与分析

为提高偏滤器的抗中子辐照能力,兼顾高热承载能力和聚变堆经济性的需要,提出了基于熔盐冷却(MSC)的偏滤器靶板结构设计。它采用FLiNaK作为冷却剂,钨镧合金为热沉材料,钨为第一壁材料。通过数值计算评估了靶板的热负荷承载能力,并完成了偏滤器冷却剂回路设计,优化了偏滤器各模块之间的流量分配。此MSC偏滤器靶板设计可以有效去除10~15MW•m^-2热负荷,为适应未来聚变堆偏滤器靶板发展的需要提供了一种设计解决方案。     

W/RAFM 钢偏滤器靶板的结构分析与寿命预测

探究RAFM 钢作为偏滤器靶板热沉的替换材料，验证其在3 种不同工况下的结构强度并预测其在交变载荷下的疲劳寿命。得出3S_m 法则下W/RAFM 钢偏滤器靶板最大可承受热负荷为8MW·m⁻²。结合中国聚变工程实验堆(CFETR)的设计目标，如果以ITER 偏滤器两年运行周期为设计准则，最大承受热负荷为7MW·m⁻²。考虑到偏滤器靶板区域呈现高热负荷低中子辐照、挡板和DOME板区域低热负荷高中子辐照特性，可以采用W/Cu 和W/RAFM 双路偏滤器靶板的结构设计。     

EAST辐射偏滤器充气系统改造及初步实验结果

介绍了EAST偏滤器充气系统的改进措施,压电阀与冷屏一起安装在EAST颈管中,以缩短充气管道,将充气系统的延迟时间减少约200ms。冷屏起冷却阀门并屏蔽电磁场的作用。讨论了在准稳态条件下,延迟时间给偏滤器热流反馈控制带来的负面效应。在中性束加热条件下,通过在外靶板注入Ar/D2(1:4)混合气体研究了靶板离子饱和流和热流分布的变化及充气对主等离子体的影响,得到了靶板离子饱和流显著降低、热流减少的结果。     

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介绍了EAST偏滤器充气系统的改进措施,压电阀与冷屏一起安装在EAST颈管中,以缩短充气管道,将充气系统的延迟时间减少约200ms。冷屏起冷却阀门并屏蔽电磁场的作用。讨论了在准稳态条件下,延迟时间给偏滤器热流反馈控制带来的负面效应。在中性束加热条件下,通过在外靶板注入 Ar/D2(1：4)混合气体研究了靶板离子饱和流和热流分布的变化及充气对主等离子体的影响,得到了靶板离子饱和流显著降低、热流减少的结果。     

EAST远红外激光干涉仪与密度爬升实验研究

利用EAST装置单道远红外HCN激光干涉仪测量了等离子体中心道(R=1.82m)线平均电子密度。通过充气加料连续提升主等离子体密度,首次在EAST装置上观察到偏滤器等离子体的三种不同状态：低再循环(偏滤器靶板处等离子体温度较高,密度较低),高再循环(偏滤器靶板处等离子体温度较低,密度较高)和脱靶(偏滤器靶板处等离子体温度和密度都很低)等离子体状态。分析了EAST偏滤器在这三种不同状态下的物理现象。     

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针对EAST前几轮实验中出现的偏滤器DOME板和外靶板间隙区域冷却水管被等离子体烧蚀破坏的问题,提出延伸外靶板石墨瓦结构以扩大打击面积和给冷却水管加装护套两种解决方案,并通过分析确定了具体参数。研究表明,适度的延伸外靶板可有效地防止高能粒子轰击靶板后水管,且对偏滤器区域流导影响不大;采用5mm壁厚高温耐熔钼管护套可有效地保护水管。后一轮的实验结果证明,该方案较好的解决了问题。     

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利用EAST装置单道远红外HCN激光干涉仪测量了等离子体中心道(R=1.82m)线平均电子密度。通过充气加料连续提升主等离子体密度,首次在EAST装置上观察到偏滤器等离子体的三种不同状态：低再循环(偏滤器靶板处等离子体温度较高,密度较低),高再循环(偏滤器靶板处等离子体温度较低,密度较高)和脱靶(偏滤器靶板处等离子体温度和密度都很低)等离子体状态。分析了EAST偏滤器在这三种不同状态下的物理现象。     

边界局域模对EAST钨偏滤器靶板腐蚀程度的数值模拟研究

在高约束模式下发生的边界局域模会释放高能量等离子体,其中主要部分会辐照到面积相对较小的偏滤器靶板,偏滤器钨靶板发生热腐蚀的可能性最大.本文建立了包括了熔化、汽化和热辐射效应的一维热传导模型,采用数值模拟的方法,研究了EAST未来偏滤器钨靶板在边界局域模作用下的热腐蚀程度.根据现有的边界局域模热流数据和多种未来可能的高能量边界局域模热流数据,计算了钨靶板的表面温度分布.结果显示当前的第一类边界局域模作用在钨靶板上,在高约束模式运行时间取32 s情况下,靶板表面温度从350 K增加到373 K,表明在当前的参数范围内,只要避免其他更严重的瞬时事件如破裂的发生,边界局域模还不会带来严重的威胁;如果边界局域模的能量增加到接近未来托卡马克边界局域模的能量范围1 MJ/m2,沉积时间为600μs,表面最大熔化厚度将达到6.8—6.9μm.     

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In order to improve the anti-thermal load and heat dissipation performance of the divertor of EAST, its first wall material is changed to tungsten from graphite. In the structure, outer target adopts the ITER-like monoblock, bracing and cooling structure adopts incorporate cassette. After establishing the cooling structure of EAST tungsten divertor, the flows-solid coupling heat conduction model of water-pipes is used to analyze the heat dissipation situation of outside target in the form of turbulent flow. While the cooling system comes to failure, a series of heat flux value 3MW·m^-2, 5MW·m^-2, 8MW·m^-2, 10MW·m^-2 are applied in the hazardous area to analyze transient conditions and real temperature distribution. The results shows that if the water flows at 4m·s^-1, the cooling pipes can withstand the heat flux with peak power in 10MW·m^-2. It can well meet the needs in heat dissipation of EAST experiment.     

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The possibility of W/RAFMs divertor target using the RAFMs as the heat sink, and prediction of fatigue life under different operation condition were investigated. The maximum tolerable heat load is 8MW·m^-2. The magnitude will be reduced to 7MW·m?2 if considering the 2 years operational cycle time. Taking into account the profile of heat load and neutron irradiation, the structural design of W/Cu and W/RAFM dual divertor target plates can be used.     

液态锂实验装置中水冷效率模拟

应用商业软件CFX 计算了液态锂流速、热通量、冷却水的速度和温度对自由流动液态锂在热负荷作用下液态锂温度和水冷效率的影响。结果表明：液态锂温度随液态锂流速的增大而降低。热通量小于2MW·m^-2 时,水冷能够满足对液态锂温度控制的要求;在更大热通量作用下,水冷却显现出冷却能力不足。增大冷却水流速是降低液态锂温度、提高冷却效率的有效途径;冷却水温度对液态锂温度和冷却效率的影响较小。     

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Using commercial software CFX, the effect of velocity of liquid lithium, heat flux, velocity and temperature of water on temperature of the free flow liquid lithium and cooling efficiency of water under the action of thermal load was calculated. Results indicate that temperature of liquid lithium will decrease with the increase of velocity of liquid lithium. When heat flux is less than 2MW·m^-2, water cooling can meet the requirements of the temperature control of liquid lithium, however, cooling capacity of water is insufficient when heat flux is much higher. Increasing the velocity of cooling water is the effective way to decrease temperature of liquid lithium and improve cooling efficiency. The temperature of water has a little impact on temperature of liquid lithium and cooling efficiency.     

CFETR氦冷偏滤器初步设计与分析

基于中国聚变工程试验堆(CFETR)偏滤器位形,初步设计了指状、平板和T形三种氦冷偏滤器模型,在10MPa入口氦压力、10MW?m-2稳态热负荷下,分别对其进行传热数值分析.通过优化结构设计和氦入口参数,降低了靶板工作温度,探索了三种单元结构靶板处理高热负载的能力.在20MW?m-2的稳态热负荷下,对优化后的T形和指状...     

自由液态锡表面结构的流体模型

应用SolidWorks 和ANSYS 软件设计了自由液态锡表面流体结构模型,计算了初始流速和热通量不同时液态锡的速度变化和温度变化,得到了流动液态锡的速度分布和温度分布。结果表明,垂直流动方向液态锡流速较为均匀,沿流动方向液态锡流速逐渐增大、液态锡液面厚度逐渐变薄。初始温度为600K 的条件下,热通量为1MW·m⁻² 时,液态锡出口温度为623.38K;热通量为5MW·m⁻² 时,液态锡出口温度为720.18K。在相同条件下使用液态锂作为计算流体,结果表明出口处液态锂的温度低于液态锡的温度。     

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应用SolidWorks和ANSYS软件设计了自由液态锡表面流体结构模型,计算了初始流速和热通量不同时液态锡的速度变化和温度变化,得到了流动液态锡的速度分布和温度分布。结果表明,垂直流动方向液态锡流速较为均匀,沿流动方向液态锡流速逐渐增大、液态锡液面厚度逐渐变薄。初始温度为600K的条件下,热通量为1MW·m?2时,液态锡出口温度为623.38K;热通量为5MW·m?2时,液态锡出口温度为720.18K。在相同条件下使用液态锂作为计算流体,结果表明出口处液态锂的温度低于液态锡的温度。