平衡流和反馈控制对电阻壁模稳定化的影响

发布时间：2021-11-18 20:27

　　在托卡马克等离子体中,具有全域结构的外扭曲模可以轻易地在宏观上迫使等离子体柱扭曲碰壁,从而迅速导致大破裂的产生,因此,外扭曲模成为托卡马克装置中最危险的磁流体不稳定模式之一。另外,外扭曲模还极大地限制着装置的等离子体比压。幸运的是,在等离子体外侧包围一层理想导体壁后,导体壁上感应出的感应电流可以将外扭曲模完全稳定住,从而提高装置的等离子体比压。然而,实际的导体壁上都带有有限电阻,该电阻将导致在导体壁上的感应电流滞后并耗散,因此不能将外扭曲模完全稳定住,形成一种新的增长率较低的不稳定模式,称为电阻壁模。当装置的放电时间超过扰动量在电阻壁内的扩散时间后,电阻壁模仍然可以增长起来并最终导致大破裂。对于大尺度的托卡马克装置（例如：ITER装置）来说,要实现高收益的长时间放电,如何稳定电阻壁模是研究工作者不得不面对和解决的问题。目前的研究表明,稳定电阻壁模的方法主要有两种。其一,当等离子体具有一定粘滞时,等离子体与电阻壁的相对旋转可以将电阻壁模稳定住。但是,目前实验上观测到的临界稳定速度明显要低于理论计算得到的预测值。另外,这种使电阻壁模稳定的耗散机制仍然需要进一步研究。另一种方法是在装置中引入... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：154 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
CONTENTS
图表目录
1 绪论
    1.1 核聚变能源与托卡马克装置
    1.2 磁流体不稳定性
        1.2.1 装置的比压极限与外扭曲模
        1.2.2 先进托卡马克装置
        1.2.3 电阻壁模及其稳定方法
    1.3 等离子体流与电阻壁模
    1.4 自动反馈控制与电阻壁模
        1.4.1 自动反馈控制简介
        1.4.2 自动反馈控制与电阻壁模
    1.5 流驱动的电阻壁不稳定性
    1.6 本文主要研究内容及安排
2 线性分析程序LARWM
    2.1 背景介绍
    2.2 模型建立
        2.2.1 几何模型
        2.2.2 物理模型及边界条件
    2.3 程序验证
        2.3.1 平衡位形
        2.3.2 无导体壁的等离子体柱
        2.3.3 带有电阻壁的系统
    2.4 本章小结
3 平衡电流分布对外扭曲模的影响
    3.1 研究背景
    3.2 初始电流分布
    3.3 数值结果及讨论
        3.3.1 电流峰宽度
        3.3.2 电流峰幅值
        3.3.3 电流峰位置
    3.4 本章小结
4 等离子体流对电阻壁模的影响
    4.1 研究背景
    4.2 等离子体的刚性旋转对电阻壁模的影响
    4.3 全域剪切流对电阻壁模的作用
        4.3.1 等离子体表面处速度幅值的影响
        4.3.2 等离子体表面处平衡流剪切度的影响
        4.3.3 等离子体平衡流携带的惯性能量的影响
    4.4 局域剪切流对电阻壁模的影响
    4.5 本章小结
5 反馈控制对电阻壁模的影响
    5.1 研究背景
    5.2 模型建立
    5.3 开环系统中电阻壁模的演化
        5.3.1 选取电流为被控量
        5.3.2 选取电压为被控量
    5.4 未达饱和状态的闭环系统与电阻壁模
        5.4.1 通量与电流的控制方案
        5.4.2 通量与电压的控制方案
        5.4.3 电压与电压的控制方案
        5.4.4 电压与通量的控制方案
    5.5 反馈线圈达到饱和的非线性控制阶段
        5.5.1 通量与电流的控制方案
        5.5.2 通量与电压的控制方案
    5.6 数值验证
        5.6.1 模型建立
        5.6.2 数值结果与分析
    5.7 本章小结
6 流驱动电阻壁不稳定性
    6.1 研究背景
    6.2 模型建立
        6.2.1 几何模型
        6.2.2 物理模型及边界条件
    6.3 本征方程及数值结果
    6.4 等离子体粘滞对流驱电阻壁不稳定性的影响
        6.4.1 物理模型及本征方程
        6.4.2 数值结果
    6.5 本章小结
7 结论与展望
参考文献
附录A LARWM程序的离散格式
附录B 闭环系统中反馈线圈上电压信号
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介



本文编号：3503563