CFETR氦冷固态包层第一壁设计优化与瞬态热工安全分析

发布时间：2021-06-25 13:50

　　增殖包层是实现聚变堆燃料自持的关键功能载体。它具有包容等离子体、沉积并转换聚变能量、增殖聚变燃料氚以及辐射屏蔽的作用。中国在提出聚变工程实验堆（CFETR）概念设计的同时也在研发适用于CFETR的增殖包层。氦冷固态陶瓷氚增殖剂包层具有结构稳定、材料相容性好和无液态金属磁流体动力学（MHD）效应的优点而被国际上广泛研究。包层结构中的第一壁（FW）承受来自堆芯等离子体的热辐射和中子轰击,所处环境极其严酷,是包层中的重要安全部件。本文基于一种氦冷固态包层概念设计,对包层中FW部件进行热工结构性能分析,并优化第一壁冷却剂流道结构,研究FW在事故中的安全特性。首先对氦冷固态包层第一壁进行数值建模,开展了单向流固耦合的热-机械性能分析。在确保网格独立性和质量的前提下,计算正常工况下FW的温度分布和应力分布。分析结果显示,正常设计工况下第一壁最高温度略超出材料温度限值；总应力满足ITER结构设计准则SDC准则评价3Sm限值的要求,但热应力超出规定的限值,需要进行结构优化以降低热应力。冷却剂流道结构优化主要考虑了三种因素：冷却剂流道截面几何大小、相邻流道间距和流道倒圆角半径。另外为了解决弯管处应力集中... 

【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】：70 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

ITER主体装置以及我国承制部件示意图

图1.2 CFETR概念设计主机示意图R主体装置如图1.2所示，包括真空容器及内部组件、真空杜瓦、系统以及控制系统。其中，双层真空室是托卡马克反应堆的核心部包容着等离子体，以及增殖包层、偏滤器等功能组件。磁体系

1.1.2包层的功能与分类包层在聚变堆真空器壁内紧密排列，如图1.3所示。其主要功能是增殖燃料氣、转换能量和福射屏蔽。氖氣等离子体在真空室内发生聚变反应，产生中子和a粒子。根据爱因斯坦质能公式：W=rnc2，反应前后质量之差转化成17.6MeV的动能。根据动量守恒定律，在反应物中，中子质量比a粒子小4倍，故其携带的能量就是a粒子的4倍，即(X粒子的动能为3.5MeV，中子动能为M.lMeV。a粒子的能量用来对等离子体进一步加热，而在中子经过包层时，会与轻核和中等质量的核发生碰撞或核反应

【参考文献】：
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本文编号：3249322