中国聚变工程实验堆标准运行模式的演化设计研究
发布时间：2021-04-25 04:35
中国聚变工程实验堆CFETR标准运行模式的设计目的是达到CFETR的科学目标。为了研究其物理可行性,本论文开展了 CFETR标准运行模式的演化设计研究。首先在CFETR集成设计平台上构建了 TSC与ONETWO耦合计算流程,来设计辅助加热模式下的等离子体演化。然后通过DIII-D与EAST装置实验的模拟来验证流程的正确性与模型的有效性。根据DIII-D与EAST的模拟经验,本文开展了 CFETR标准运行模式的演化设计研究,给出了爬升、平顶和着陆三个阶段都符合CFETR设计要求的标准模式稳态运行方案,并对辅助加热系统参数进行分析与优化。本论文的其主要的成果与亮点在于如下几个方面:1、在CFETR集成设计平台上建立了 TSC与ONETWO耦合计算流程,将等离子体平衡演化与辅助加热耦合,为CFETR完整的演化设计提供有效的工具。编写TSC计算结果和不稳定分析程序与工程分析软件ANSYS的接口,分别用于分析理想不稳定性和工程结构的电磁载荷。并选取了 3炮DIII-D ITER-like的中性束放电与1炮EAST欧姆放电实验,验证了流程的各个模块的有效性。2、开展了 DIII-D ITER-li...
【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】：181 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 聚变能
1.1.1 世界能源危机
1.1.2 聚变能
1.2 磁约束聚变与托卡马克装置
1.2.1 磁约束核聚变
1.2.2 托卡马克装置
1.3 中国聚变工程实验堆（CFETR）
1.3.1 CFETR简介
1.3.2 CFETR标准运行模式
1.4 论文研究背景
1.4.1 稳态运行模式
1.4.2 托卡马克等离子体演化
1.4.3 集成模拟工具
1.5 论文结构
第2章 等离子体演化的理论模型与数值方法
2.1 TSC程序中的理论模型与数值方法
2.1.1 托卡马克模型与计算区域
2.1.2 二维磁面演化
2.1.3 磁面内一维输运
2.1.4 新经典等离子体电阻
2.1.5 电子离子热输运
2.1.6 粒子输运
2.1.7 杂质与辐射计算
2.1.8 真空室与导体区域
2.1.9 等离子体控制系统
2.1.10 数值计算方法
2.2 ONETWO程序简介
2.3 辅助加热程序
2.3.1 中性束加热与NUBEAM程序
2.3.2 电子回旋波与TORAY程序
2.3.3 低杂波与LSC程序
2.4 TSC与ONETWO耦合计算流程
2.4.1 耦合计算流程框图
2.4.2 迭代实现与结果收敛
2.5 小结
第3章 DIII-D与EAST实验验证
3.1 DIII-D放电模拟
3.1.1 构建TSC中DIII-D几何模型
3.1.2 等离子体控制模型与物理假设
3.1.3 实验与放电模拟结果
3.1.4 爬升阶段不同输运模型模拟等离子体内感比压的区别
3.1.5 爬升阶段不同输运模型模拟等离子体伏秒消耗的区别
3.1.6 电流爬升小结与输运模型分析
3.1.7 平顶阶段不同输运模型验证
3.2 EAST放电模拟
3.2.1 构建TSC中EAST几何模型
3.2.2 EAST放电模拟设置与结果
3.3 小结
第4章 CFETR标准运行模式演化设计
4.1 CFETR标准运行模式的演化设计流程综述
4.2 CFETR高约束H模感应放电
4.2.1 构建TSC中CFETR几何模型
4.2.2 CFETR演化设计的物理假设
4.2.3 CFETR H模感应放电结果
4.3 电流爬升阶段优化
4.3.1 CFETR伏秒消耗的限制与伏秒优化方向
4.3.2 爬升率优化分析
4.3.3 有效电荷数Zeff分析
4.3.4 爬升过程中的位型设计
4.3.5 电子回旋波辅助爬升
4.3.6 低杂波波辅助爬升
4.3.7 爬升阶段不同输运模型的验证
4.3.8 TSC与ANSYS耦合分析爬升阶段被动导体的电磁载荷
4.4 平顶阶段优化
4.4.1 平顶设计的目标
4.4.2 中性束与电子回旋波耦合加热
4.4.3 中性束与低杂波耦合加热
4.4.4 低杂波与电子回旋波耦合加热
4.4.5 与CFETR预计目标比较与分析
4.4.6 理想不稳定分析
4.5 等离子体软着陆阶段
4.5.1 全L模着陆与H-L转换着陆
4.5.2 两种软着陆方式对比
4.6 演化过程中CFETR辅助加热参数的分析与优化
4.6.1 中性束加热能量与注入位置分析
4.6.2 不同中性束参数的演化结果
4.6.3 电子回旋波的注射角度与位置分析
4.6.4 低杂波加热平行折射率与入射位置分析
4.7 小结
第5章 论文总结与展望
5.1 论文总结
5.2 论文特色与创新
5.3 工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3158714
【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】：181 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 聚变能
1.1.1 世界能源危机
1.1.2 聚变能
1.2 磁约束聚变与托卡马克装置
1.2.1 磁约束核聚变
1.2.2 托卡马克装置
1.3 中国聚变工程实验堆（CFETR）
1.3.1 CFETR简介
1.3.2 CFETR标准运行模式
1.4 论文研究背景
1.4.1 稳态运行模式
1.4.2 托卡马克等离子体演化
1.4.3 集成模拟工具
1.5 论文结构
第2章 等离子体演化的理论模型与数值方法
2.1 TSC程序中的理论模型与数值方法
2.1.1 托卡马克模型与计算区域
2.1.2 二维磁面演化
2.1.3 磁面内一维输运
2.1.4 新经典等离子体电阻
2.1.5 电子离子热输运
2.1.6 粒子输运
2.1.7 杂质与辐射计算
2.1.8 真空室与导体区域
2.1.9 等离子体控制系统
2.1.10 数值计算方法
2.2 ONETWO程序简介
2.3 辅助加热程序
2.3.1 中性束加热与NUBEAM程序
2.3.2 电子回旋波与TORAY程序
2.3.3 低杂波与LSC程序
2.4 TSC与ONETWO耦合计算流程
2.4.1 耦合计算流程框图
2.4.2 迭代实现与结果收敛
2.5 小结
第3章 DIII-D与EAST实验验证
3.1 DIII-D放电模拟
3.1.1 构建TSC中DIII-D几何模型
3.1.2 等离子体控制模型与物理假设
3.1.3 实验与放电模拟结果
3.1.4 爬升阶段不同输运模型模拟等离子体内感比压的区别
3.1.5 爬升阶段不同输运模型模拟等离子体伏秒消耗的区别
3.1.6 电流爬升小结与输运模型分析
3.1.7 平顶阶段不同输运模型验证
3.2 EAST放电模拟
3.2.1 构建TSC中EAST几何模型
3.2.2 EAST放电模拟设置与结果
3.3 小结
第4章 CFETR标准运行模式演化设计
4.1 CFETR标准运行模式的演化设计流程综述
4.2 CFETR高约束H模感应放电
4.2.1 构建TSC中CFETR几何模型
4.2.2 CFETR演化设计的物理假设
4.2.3 CFETR H模感应放电结果
4.3 电流爬升阶段优化
4.3.1 CFETR伏秒消耗的限制与伏秒优化方向
4.3.2 爬升率优化分析
4.3.3 有效电荷数Zeff分析
4.3.4 爬升过程中的位型设计
4.3.5 电子回旋波辅助爬升
4.3.6 低杂波波辅助爬升
4.3.7 爬升阶段不同输运模型的验证
4.3.8 TSC与ANSYS耦合分析爬升阶段被动导体的电磁载荷
4.4 平顶阶段优化
4.4.1 平顶设计的目标
4.4.2 中性束与电子回旋波耦合加热
4.4.3 中性束与低杂波耦合加热
4.4.4 低杂波与电子回旋波耦合加热
4.4.5 与CFETR预计目标比较与分析
4.4.6 理想不稳定分析
4.5 等离子体软着陆阶段
4.5.1 全L模着陆与H-L转换着陆
4.5.2 两种软着陆方式对比
4.6 演化过程中CFETR辅助加热参数的分析与优化
4.6.1 中性束加热能量与注入位置分析
4.6.2 不同中性束参数的演化结果
4.6.3 电子回旋波的注射角度与位置分析
4.6.4 低杂波加热平行折射率与入射位置分析
4.7 小结
第5章 论文总结与展望
5.1 论文总结
5.2 论文特色与创新
5.3 工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3158714
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