核聚变氦冷固态包层热工水力数值模拟研究
发布时间：2021-05-05 18:11
核能作为一种重要的能源，其重要性在能源危机愈演愈烈的当代社会中愈发凸显，目前核电作为核能利用的主要方式。聚变包层是实现受控核聚变的核心部件之一，由第一壁，氦气连箱，增殖子模块级其他相关附件组成，其中第一壁直接面对等离子体，是整个包层最为关键的部件。我国目前有两种包层设计方案，分别是液态锂铅包层（DFLL）和氦冷固态包层（HCSB）。两种方案都拥有相似的第一壁结构，冷却剂均为8MPa的氦气。本文重点研究HCSB-DEMO包层第一壁的热工水力学性能，其第一壁表面涂有3mm后的铍层用做中子倍增剂。通过计算流体动力学软件Fluent的数值模拟与理论计算相结合的方式，对包层热工水力学性能进行了研究。结果表明，现有的HCSB-DEMO包层设计方案中，结构材料的最高温度发生在两侧的圆角外侧，达到829.2K，已超过允许的最高温度。通过减小最高温度处相应的流道截面积，可以增大流速继而加大局部对流换热系数，有效降低结构材料的温度，通过fluent分别模拟了几种不同的流到宽度工况，结果证实了强化换热效果，其中流到宽度为15.0mm的流道可以满足结构材料的温度要求，同时压力损失可以控制在合理的范围内。同时，...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 聚变堆简介
1.3 聚变包层简介
1.3.1 包层发展历程
1.3.2 包层的工作原理
1.3.3 理论和实验研究
1.4 本文研究内容
1.5 本章小结
2 通道流动传热特点及几何物理模型
2.1 引言
2.2 数值模拟基础
2.2.1 计算方程
2.2.2 方程离散化方法
2.2.3 湍流的数值模拟方法
2.3 计算流体力学软件介绍
2.4 模型建立及网格划分
2.5 本章小结
3 第一壁流动换热模拟计算
3.1 边界条件设置
3.2 数值计算及结果分析
3.2.1 温度场
3.2.2 压力场
3.2.3 速度场
3.3 氦气流量的影响
3.4 计算精确度分析
3.4.1 理论估算
3.4.2 网格独立性分析
3.4.3 氦气物性参数分析
3.5 本章小结
4 第一壁强化换热与流动优化模拟
4.1 引言
4.2 流动方案对比分析
4.3 局部流道优化
4.4 压降优化分析
4.5 边界条件分析
4.6 流道圆角分析
4.7 材料物性对换热影响
4.7.1 铍导热系数的影响
4.7.2 CLAM 钢导热系数的影响
4.8 本章小结
5 总结与展望
5.1 论文工作总结
5.2 进一步研究展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]双功能锂铅实验包层模块第一壁冷却流道热工水力学设计优化分析研究[J]. 靳强,刘松林,李敏,汪卫华,FDS团队. 核科学与工程. 2011(04)
[2]HCSB-DEMO包层热工水力及中子学计算[J]. 武兴华,赵奉超,赵周,栗再新,张国书,冯开明. 核聚变与等离子体物理. 2011(03)
[3]中国HCSB TBM模块的优化与设计进展[J]. 张国书,冯开明. 核动力工程. 2010(S2)
[4]国际热核实验反应堆计划及其对中国核能发展战略的影响[J]. 潘垣,庄革,张明,王之江,丁永华,于克训. 物理. 2010(06)
[5]可控核聚变与国际热核实验堆（ITER）计划[J]. 冯开明. 中国核电. 2009(03)
[6]国际热核聚变实验堆（ITER）计划及标准化现状简介[J]. 李国青. 核标准计量与质量. 2009(01)
[7]聚变-裂变混合堆展望[J]. 石星军,陈湘仁. 青岛大学学报(自然科学版). 2009(01)
[8]聚变堆增殖包层概念特征比较研究[J]. 柏云清,陈红丽,刘松林,宋勇,曾勤,黄群英,吴宜灿. 核科学与工程. 2008(03)
[9]ITER实验包层计划综述[J]. 冯开明. 核聚变与等离子体物理. 2006(03)
[10]高温气冷堆氦气透平循环工质的热物性[J]. 任啟森,杨小勇,黄志勇,赵钢,王捷. 汽轮机技术. 2006(02)
硕士论文
[1]聚变反应堆超临界水冷包层内对流换热及应力分析研究[D]. 倪陈宵.上海交通大学 2011
本文编号：3170347
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 聚变堆简介
1.3 聚变包层简介
1.3.1 包层发展历程
1.3.2 包层的工作原理
1.3.3 理论和实验研究
1.4 本文研究内容
1.5 本章小结
2 通道流动传热特点及几何物理模型
2.1 引言
2.2 数值模拟基础
2.2.1 计算方程
2.2.2 方程离散化方法
2.2.3 湍流的数值模拟方法
2.3 计算流体力学软件介绍
2.4 模型建立及网格划分
2.5 本章小结
3 第一壁流动换热模拟计算
3.1 边界条件设置
3.2 数值计算及结果分析
3.2.1 温度场
3.2.2 压力场
3.2.3 速度场
3.3 氦气流量的影响
3.4 计算精确度分析
3.4.1 理论估算
3.4.2 网格独立性分析
3.4.3 氦气物性参数分析
3.5 本章小结
4 第一壁强化换热与流动优化模拟
4.1 引言
4.2 流动方案对比分析
4.3 局部流道优化
4.4 压降优化分析
4.5 边界条件分析
4.6 流道圆角分析
4.7 材料物性对换热影响
4.7.1 铍导热系数的影响
4.7.2 CLAM 钢导热系数的影响
4.8 本章小结
5 总结与展望
5.1 论文工作总结
5.2 进一步研究展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]双功能锂铅实验包层模块第一壁冷却流道热工水力学设计优化分析研究[J]. 靳强,刘松林,李敏,汪卫华,FDS团队. 核科学与工程. 2011(04)
[2]HCSB-DEMO包层热工水力及中子学计算[J]. 武兴华,赵奉超,赵周,栗再新,张国书,冯开明. 核聚变与等离子体物理. 2011(03)
[3]中国HCSB TBM模块的优化与设计进展[J]. 张国书,冯开明. 核动力工程. 2010(S2)
[4]国际热核实验反应堆计划及其对中国核能发展战略的影响[J]. 潘垣,庄革,张明,王之江,丁永华,于克训. 物理. 2010(06)
[5]可控核聚变与国际热核实验堆（ITER）计划[J]. 冯开明. 中国核电. 2009(03)
[6]国际热核聚变实验堆（ITER）计划及标准化现状简介[J]. 李国青. 核标准计量与质量. 2009(01)
[7]聚变-裂变混合堆展望[J]. 石星军,陈湘仁. 青岛大学学报(自然科学版). 2009(01)
[8]聚变堆增殖包层概念特征比较研究[J]. 柏云清,陈红丽,刘松林,宋勇,曾勤,黄群英,吴宜灿. 核科学与工程. 2008(03)
[9]ITER实验包层计划综述[J]. 冯开明. 核聚变与等离子体物理. 2006(03)
[10]高温气冷堆氦气透平循环工质的热物性[J]. 任啟森,杨小勇,黄志勇,赵钢,王捷. 汽轮机技术. 2006(02)
硕士论文
[1]聚变反应堆超临界水冷包层内对流换热及应力分析研究[D]. 倪陈宵.上海交通大学 2011
本文编号：3170347
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3170347.html
