球腔冷冻靶温度场影响因素的模拟研究

发布时间：2020-04-27 06:22

【摘要】：可控核聚变作为解决人类未来能源危机的一种清洁能源,正受到各国大力研究。激光惯性约束聚变是可控核聚变的关键技术途径之一。具有均匀DT冰层的冷冻靶是惯性约束聚变点火的首选靶型。冷冻靶的制备可以通过对靶丸周围的热环境进行严格的控制,能后获得较为均匀的温度场,从而得到较为均匀的DT冰层。本文在比较柱腔与球腔模型的基础上,选取了外方内球的结构模型进行了研究。利用计算流体力学软件Fluent对影响靶丸温度场分布的相关因素进行了系统的研究。获得了以下结论:通过模拟分析玻璃靶丸、CH聚合物靶丸、Be(Cu)靶丸以及高密度碳(HDC)靶丸这四种材料,得出靶丸周围的温度场与材料的热导率有关,而具有高热导率的烧蚀层,靶丸周围温度场分布越均匀;同时随着烧蚀层的厚度越厚,靶丸外表面温度温差也就越小,周围的温度场均匀性也越好;靶丸的装配偏移的方向不同对冷冻靶的影响也不同,沿径向偏移会严重影响温度场的均匀性,而沿轴向向上偏移会增加温度场的均匀性。为获得了辐射相关因素对冷冻靶温度场分布的影响规律,根据冷冻靶温度控制的要求,利用计算机模拟的方法对冷冻罩系统进行了分析。随着冷冻罩尺寸的增加,靶丸周围温度场温差增大,不利于形成均匀的温度场。而随着入射窗口直径的增大,进入黑腔内的辐射量增加,增加的辐射热量破坏靶丸的温度场,不利于形成均匀的温度场。因此选用适当尺寸的冷冻罩、窗口直径利用形成均匀的温度场。为抵消自然对流对冷冻靶温度场的影响,研究了黑腔内填充气体、制冷过程中对制冷方式的调控以及温度补偿法。结果表明,在降温过程中填充He气压力对靶丸上温度分布影响较大,随气体压力的增大,温度逐渐降低;具有高比例氦气的混合填充气体能够改善靶丸表面温度的均匀性。与定壁温相比,具有扰动的降温方式有利于提高温度场的均匀性;与正弦函数波扰动相比,冷却壁面采用矩形波扰动,靶丸赤道温度波动振幅较大,均匀性较差。采用温度补偿法来抑制由重力引起的自然对流造成的温度不均匀性。当上冷臂温度恒定,改变下冷臂温度时,随着上下冷臂温差的增大靶丸外表面最大温差先减小后增大。
【图文】：

图 1-1 靶丸示意图Fig.1-1 Structure of capsule图 1-2 聚变靶类型Fig.1-2 The type of ignition target

图 1-1 靶丸示意图Fig.1-1 Structure of capsule图 1-2 聚变靶类型Fig.1-2 The type of ignition target
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TL632.1

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本文编号：2641973