CFETR水冷陶瓷增殖剂包层结构设计与力学分析研究
发布时间：2021-01-04 07:53
水冷陶瓷增殖剂包层是中国聚变工程实验堆（CFETR）的候选包层概念之一。为满足CFETR氚自持目标（TBR≥1.1）,本文在中子学设计和热工水力学设计的基础上,开展了水冷陶瓷增殖剂包层的结构设计和力学性能分析研究,验证了包层结构设计的安全性和可靠性,为包层下一步的工程设计和制造提供提供重要依据。本文采用“一次通过式”水冷陶瓷增殖剂包层概念,在包层中子学热工耦合优化程序一维径向布置优化的基础上,完成了全扇段1#包层-10#包层的三维结构设计。包层采用集成冷却板结构,冷却板流道串联布置以实现冷却剂流量均匀分配。氚吹扫系统采用本文提出的横向氚吹扫方案,氚吹扫流道集成在加强隔板中,可以实现球床中氚的横向吹扫,同时降低氚吹扫压降。基于包层全扇段详细结构模型,本文采用ANSYS磁标量法和磁矢量法分别进行了包层静磁场分析和瞬态磁场分析,获得了作用于包层的磁化力和洛伦兹力,为包层多物理场耦合结构分析提供载荷源项。包层洛伦兹力结果显示,在等离子体垂直位移事件（VDE）下,按整块布置的钨铠甲承受极大的洛伦兹力（271 kN）,建议包层采用小模块钨铠甲结构,减小作用于钨铠甲的洛伦兹力。在获得包层电磁载荷的基...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２?ＨＣＰＢ结构设计演变（２０１３－２０１５）??ＫＩＴ于２０１５年提出的ＨＣＰＢ?ＤＥＭＯ包层的最新版本以提高包层ＴＢＲ为主??要设计目?
图１．３?ＨＣＬＬ结构设计（２０１３）??ＣＥＡ?于?２０１４?年提出的?“Ａｄｖａｎｃｅｄ”?版本?ＨＣＣＬＰＰＰＴＤＥＭＯ?包层［｜４－１５］（如??图１．４所示）以满足ＤＥＭＯ?ＴＢＲ要求（ＴＢＲ２１．１）为优化目标。该包层在??“Ｏｐｔｉｍｉｓｅｄ－Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅ”版本ＨＣＬＬ包层基础上进行了修改：（１）去除垂直加??强隔板；（２）将第一壁联箱置于ＢＳＳ中，使包层联箱级数由４减小到３，增加了??增殖区径向厚度；（３）增殖单元中冷却板的数量从３减小到２。相对于??“Ｏｐｔｉｍｉｓｅｄ－Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅ”版本ＨＣＬＬ包层，该包层结构简单，结构钢用量减小，??增殖剂用量增加，使得ＴＢＲ明显增大（ＴＢＲ＝１．１４）。包层的冷却方案与??“Ｏｐｔｉｍｉｓｅｄ－Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅ”版本ＨＣＬＬＤＥＭＯ包层基本相同，由于包层去除了垂??直加强隔板，新包层无需对其进行冷却。??ＣＥＡ于２０１５年提出的“Ａｄｖａｎｃｅｄ＋”版本ＨＣＣＬ?ＰＰＰＴ?ＤＥＭＯ包层在??“Ａｄｖａｎｃｅｄ”版本ＨＣＬＬ包层基础上将去除了增殖单元冷却板，包层只有一个??５??
度为３２５°Ｃ）作为冷却剂，ＰｂＬｉ作为氚增殖剂和中子倍增剂，ＥＯＲＯＦＥＲ９７作为??结构材料。??法国ＣＥＡ在２０１３年提出了“多模块扇段”?ＷＣＬＬＤＥＭＯ包层（如图１．５??所示），多包层模块连接在ＢＳＳ上，构成一个扇段。包层第一壁流道沿径向—环??向—径向布置。包层内部布置有极向－径向加强隔板和环向－极向加强隔板，构成??ＬｉＰｂ的流道通道，可使其沿径向—极向向上一进行流道。呈“Ｃ形”沿径向—??极向—径向布置的冷却管对增殖单元进行冷却。冷却管采用双壁结构，可以降低??因冷却管破裂而发生水ＰｂＬｉ反应的概率。该包层的特色之一是第一擘和增殖区??采用两套独立的冷却系统，可保证在其中一套冷却系统失效的情况下，另一套冷??却系统可对包层予以冷却。包层采用“集成式”联箱，结构简单。ＷＣＬＬ包层由??于ＬｉＰｂ在低于结构钢许用温度（５５０?°Ｃ）下工作，其内部加强隔板和挡板均不??需布置冷却流道
【参考文献】：
期刊论文
[1]Updated neutronics analyses of a water cooled ceramic breeder blanket for the CFETR[J]. 张小康,刘松林,李夏,祝庆军,李佳. Plasma Science and Technology. 2017(11)
硕士论文
[1]功能梯度材料压力容器热力耦合应力分析[D]. 高淑娟.大连理工大学 2013
本文编号：2956429
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２?ＨＣＰＢ结构设计演变（２０１３－２０１５）??ＫＩＴ于２０１５年提出的ＨＣＰＢ?ＤＥＭＯ包层的最新版本以提高包层ＴＢＲ为主??要设计目?
图１．３?ＨＣＬＬ结构设计（２０１３）??ＣＥＡ?于?２０１４?年提出的?“Ａｄｖａｎｃｅｄ”?版本?ＨＣＣＬＰＰＰＴＤＥＭＯ?包层［｜４－１５］（如??图１．４所示）以满足ＤＥＭＯ?ＴＢＲ要求（ＴＢＲ２１．１）为优化目标。该包层在??“Ｏｐｔｉｍｉｓｅｄ－Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅ”版本ＨＣＬＬ包层基础上进行了修改：（１）去除垂直加??强隔板；（２）将第一壁联箱置于ＢＳＳ中，使包层联箱级数由４减小到３，增加了??增殖区径向厚度；（３）增殖单元中冷却板的数量从３减小到２。相对于??“Ｏｐｔｉｍｉｓｅｄ－Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅ”版本ＨＣＬＬ包层，该包层结构简单，结构钢用量减小，??增殖剂用量增加，使得ＴＢＲ明显增大（ＴＢＲ＝１．１４）。包层的冷却方案与??“Ｏｐｔｉｍｉｓｅｄ－Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅ”版本ＨＣＬＬＤＥＭＯ包层基本相同，由于包层去除了垂??直加强隔板，新包层无需对其进行冷却。??ＣＥＡ于２０１５年提出的“Ａｄｖａｎｃｅｄ＋”版本ＨＣＣＬ?ＰＰＰＴ?ＤＥＭＯ包层在??“Ａｄｖａｎｃｅｄ”版本ＨＣＬＬ包层基础上将去除了增殖单元冷却板，包层只有一个??５??
度为３２５°Ｃ）作为冷却剂，ＰｂＬｉ作为氚增殖剂和中子倍增剂，ＥＯＲＯＦＥＲ９７作为??结构材料。??法国ＣＥＡ在２０１３年提出了“多模块扇段”?ＷＣＬＬＤＥＭＯ包层（如图１．５??所示），多包层模块连接在ＢＳＳ上，构成一个扇段。包层第一壁流道沿径向—环??向—径向布置。包层内部布置有极向－径向加强隔板和环向－极向加强隔板，构成??ＬｉＰｂ的流道通道，可使其沿径向—极向向上一进行流道。呈“Ｃ形”沿径向—??极向—径向布置的冷却管对增殖单元进行冷却。冷却管采用双壁结构，可以降低??因冷却管破裂而发生水ＰｂＬｉ反应的概率。该包层的特色之一是第一擘和增殖区??采用两套独立的冷却系统，可保证在其中一套冷却系统失效的情况下，另一套冷??却系统可对包层予以冷却。包层采用“集成式”联箱，结构简单。ＷＣＬＬ包层由??于ＬｉＰｂ在低于结构钢许用温度（５５０?°Ｃ）下工作，其内部加强隔板和挡板均不??需布置冷却流道
【参考文献】：
期刊论文
[1]Updated neutronics analyses of a water cooled ceramic breeder blanket for the CFETR[J]. 张小康,刘松林,李夏,祝庆军,李佳. Plasma Science and Technology. 2017(11)
硕士论文
[1]功能梯度材料压力容器热力耦合应力分析[D]. 高淑娟.大连理工大学 2013
本文编号：2956429
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/2956429.html
