辐射条件下冷冻靶靶丸表面及充气管温度特性数值研究

发布时间：2021-10-27 10:31

　　在惯性约束核聚变冰层均化实验阶段,观测到充气管内冰晶无法保持,从而不能堵管,靶丸直接与高温氘气源连接,无法继续实验。为解决难以堵管的问题,本文建立了三维冷冻靶系统计算模型,研究了辐射条件下屏蔽罩温度、封口膜透射率及铝套筒表面发射率等因素对冷冻靶靶丸表面及充气管沿程温度特性的影响规律。结果表明:改变封口膜透射率能有效降低靶丸与充气管连接处的温度,在本文讨论的边界条件下,封口膜透射率大于0.025时靶丸与充气管连接处温度相对较低,晶核可维持,充气管能被堵管;而改变屏蔽罩温度及铝套筒表面发射率等做法对靶丸与充气管连接处的温度降低作用不明显,充气管无法被堵管。 

【文章来源】：原子能科学技术. 2020,54(11)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

冷冻靶装置物理模型

采用ANSYS Fluent 15.0进行模拟计算。定义典型工况如下:屏蔽罩外为300 K常温环境,屏蔽罩温度为30 K,屏蔽罩发射率为1,屏蔽罩窗口膜透射率为1,罩内为真空环境;上下冷臂温度为18 K;南北两极封口膜透射率为0.001;铝套筒壁面发射率为0.5,金腔表面发射率为0.02;氦气腔内氦气压力为1 kPa;充气管及转接管表面发射率为0.5;靶丸考虑为理想黑体,靶丸内及充气管内填充1 kPa氘气。由于氦气腔内部温差较小,故采用Boussinesq近似模拟腔内氦气的自然对流;为处理半透明介质的透射问题,需采用离散坐标法(DO)模拟冷冻靶系统中的辐射工况。计算中所使用的材料物性参数列于表1。

从图3b可看出,氦气腔内温度云图关于赤道也基本对称,温度最高点出现在南北两激光入射口,这两处的热量来源主要是外界辐射热,辐射热量在向腔内传递的过程中不断被氦气等介质带走,因此云图上腔内大部分处于低温区域。另外,在氦气腔温度云图中并未发现充气管处有明显温度变化,说明转接管的热量被诊断环、氦气和金腔有效传递至冷臂,没有大量传入腔内造成局部高温。从图3c、d可看出,转接管沿程温度变化较为剧烈,而充气管沿程温度变化较为平缓,说明有较多的热量通过诊断环和氦气等传递至冷臂,仅有较少的热量通过充气管传递至靶丸。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3461423