CFETR增殖包层极向分块对电磁载荷分布影响研究
发布时间：2021-10-31 10:57
中国聚变工程实验堆（China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR）的增殖包层采用多模块的设计方案,即在环向和极向上由多个包层模块组成。当发生等离子体大破裂或垂直位移事件等电磁工况时,增殖包层上感应产生的巨大电磁载荷将共同作用于背板结构上,严重影响增殖系统的结构稳定性。为了研究增殖包层极向分块对背板电磁载荷分布的影响,使用通用有限元软件ANSYS,实现了一个具有36 ms指数电流猝灭的等离子大破裂工况模拟。首先系统评估了采用U型套管方式的氦冷陶瓷增殖（Helium Cooled Ceramic Breeder,HCCB）包层模块上的电磁力和力矩分布。然后详细比较不同极向分块形式对包层扇段电磁载荷分布的影响。研究结果表明:当高场侧包层模块位置和数目不变时,通过增加低场侧包层的极向分块数目,等离子体大破裂工况在低场侧包层上产生的电磁力和力矩均有所减少。对于高场侧包层,当低场侧包层极向分块增加时,径向方向的电磁力有稍微的增加,其他两个方向变化不明显。此外,随着极向分块数目的增加,高/低场侧包层扇段包层的总电磁力均表现出下降的趋势。
【文章来源】：核技术. 2020,43(01)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
HCCB包层爆炸
在球环装置中，由于环径比较小，等离子体β值一般都较高，发生等离子体大破裂的频率低于托卡马克。但对于托卡马克装置而言，等离子体大破裂是其运行中不可避免的极快失控事件。当发生等离子大破裂时，表现为等离子体极快的冷却和电流损失，面对等离子的材料元件受到很大的机械应力和电磁载荷，甚至产生严重的变形。增殖包层就属于面向等离子元件。评估等离子电磁工况（等离子体大破裂和垂直位移事件）发生时包层结构的稳定性，是包层设计阶段一项非常重要的工作[4?5]。中国包层设计组及欧洲核聚变示范堆（EU DEMO）开展了大量电磁载荷对包层系统结构影响的评估与优化工作。对等离子体大破裂、垂直位移事件等电磁工况以及包层环向扇段分割对包层系统电磁载荷分布影响，都进行了详细的研究了讨论[6?9]。但目前还没有工作开展过极向分块数目对于增殖包层电磁载荷影响的研究。CFETR增殖包层在极向上采用多模块设计方案，增殖包层通过柔性支撑与背板相连，如图1所示。因此在电磁工况发生时，包层模块上产生的电磁力均会整体作用在背板上。本文采用通用有限元软件ANSYS，分析计算在等离子体破裂时，包层极向分块对于电磁载荷评估的影响。首先，详细分析了氦冷陶瓷增殖（Helium Cooled Ceramic Breeder,HCCB）包层模块中产生的感应涡流和电磁载荷。然后研究了极向分块数目对于高/低场侧包层电磁力和力矩的影响研究。CFETR等离子体大破裂时等离子体采用36 ms的指数衰减形式，总的计算时间500 ms。
由于诊断装置或加热系统需要安装在增殖包层上，因此设计人员根据尺寸要求，在极向方向调整了包层模块的分布[7]。我们重新将赤道窗口处的8号包层模块划分为两个较小的模块。同时，原包层模块6号和7号的尺寸也做相应修改，最终变为3个包层模块。最后，将每个低场侧扇段的模块数量改为7个，如图2所示。对于更新的HCCB包层，编号1～5号定义为高场侧包层模块，编号6～12号定义为低场侧包层模块。图3展示了采用U型套管方式的HCCB包层。HCCB包层由增殖单元、第一壁、上下盖板和背板组成。高、低场侧包层模块将与背板支撑一起维护，这与之前的设计相同[6]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]CFETR氦冷陶瓷增殖包层在等离子体主破裂时的电磁结构耦合分析[J]. 王明,雷明准,宋云涛,鲁明宣,裴坤,刘素梅. 核技术. 2017(06)
硕士论文
[1]CFETR氦冷固态包层电磁载荷评估[D]. 金成.中国科学技术大学 2017
本文编号：3468006
【文章来源】：核技术. 2020,43(01)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
HCCB包层爆炸
在球环装置中，由于环径比较小，等离子体β值一般都较高，发生等离子体大破裂的频率低于托卡马克。但对于托卡马克装置而言，等离子体大破裂是其运行中不可避免的极快失控事件。当发生等离子大破裂时，表现为等离子体极快的冷却和电流损失，面对等离子的材料元件受到很大的机械应力和电磁载荷，甚至产生严重的变形。增殖包层就属于面向等离子元件。评估等离子电磁工况（等离子体大破裂和垂直位移事件）发生时包层结构的稳定性，是包层设计阶段一项非常重要的工作[4?5]。中国包层设计组及欧洲核聚变示范堆（EU DEMO）开展了大量电磁载荷对包层系统结构影响的评估与优化工作。对等离子体大破裂、垂直位移事件等电磁工况以及包层环向扇段分割对包层系统电磁载荷分布影响，都进行了详细的研究了讨论[6?9]。但目前还没有工作开展过极向分块数目对于增殖包层电磁载荷影响的研究。CFETR增殖包层在极向上采用多模块设计方案，增殖包层通过柔性支撑与背板相连，如图1所示。因此在电磁工况发生时，包层模块上产生的电磁力均会整体作用在背板上。本文采用通用有限元软件ANSYS，分析计算在等离子体破裂时，包层极向分块对于电磁载荷评估的影响。首先，详细分析了氦冷陶瓷增殖（Helium Cooled Ceramic Breeder,HCCB）包层模块中产生的感应涡流和电磁载荷。然后研究了极向分块数目对于高/低场侧包层电磁力和力矩的影响研究。CFETR等离子体大破裂时等离子体采用36 ms的指数衰减形式，总的计算时间500 ms。
由于诊断装置或加热系统需要安装在增殖包层上，因此设计人员根据尺寸要求，在极向方向调整了包层模块的分布[7]。我们重新将赤道窗口处的8号包层模块划分为两个较小的模块。同时，原包层模块6号和7号的尺寸也做相应修改，最终变为3个包层模块。最后，将每个低场侧扇段的模块数量改为7个，如图2所示。对于更新的HCCB包层，编号1～5号定义为高场侧包层模块，编号6～12号定义为低场侧包层模块。图3展示了采用U型套管方式的HCCB包层。HCCB包层由增殖单元、第一壁、上下盖板和背板组成。高、低场侧包层模块将与背板支撑一起维护，这与之前的设计相同[6]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]CFETR氦冷陶瓷增殖包层在等离子体主破裂时的电磁结构耦合分析[J]. 王明,雷明准,宋云涛,鲁明宣,裴坤,刘素梅. 核技术. 2017(06)
硕士论文
[1]CFETR氦冷固态包层电磁载荷评估[D]. 金成.中国科学技术大学 2017
本文编号：3468006
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3468006.html
