基于一维和三维耦合模型的偏滤器烘烤过程热应力分析

发布时间：2023-02-24 10:12

　　偏滤器是托卡马克装置堆内的重要部件,具有吸收真空室磁流分界面外的等离子体以避免第一壁烧蚀、去除聚变反应的氦灰杂质的作用。在托卡马克装置运行前,需要对偏滤器进行烘烤以去除表面附着的水分及气体杂质。但在烘烤过程中由于结构内部温度梯度等因素的影响,偏滤器靶板内部会产生较大的热应力。本文的主要目的是研究偏滤器在烘烤过程中的热应力情况,通过计算、分析不同烘烤速率下EAST、ITER两种偏滤器的热应力,得到可以改善烘烤过程中热应力的最大烘烤速率。在进行热应力分析的过程中,为了对偏滤器管道内的流动进行简化,本文发展了一种一维流动传热和三维导热耦合计算的模型,并将该耦合模型初步用于偏滤器烘烤过程的热应力分析。对此,本文主要进行了以下的工作：(1)发展了一维流动传热计算模型,基于Fortran语言编写了一维流动传热计算程序,该模型可以简化偏滤器管内流动传热计算。(2)通过Scheme脚本实现了一维流动传热计算模型和Fluent三维导热计算模型的耦合,并且与Fluent三维流动传热计算模型进行了对比,验证了耦合模型的准确性。(3)建立了EAST偏滤器的简化模型,并对EAST偏滤器的烘烤过程进行了分析,计算...

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 聚变能发展前景
        1.1.2 托卡马克装置及偏滤器
    1.2 与本文相关的研究现状
        1.2.1 偏滤器冷却的研究现状
        1.2.2 偏滤器烘烤的研究现状
        1.2.3 偏滤器热应力分析研究现状
        1.2.4 一维流动传热模型研究现状
    1.3 本文工作
2 流动传热分析方法
    2.1 Fluent三维流动传热模型
    2.2 一维和三维耦合模型
        2.2.1 一维模型的建立
        2.2.2 一维和三维模型的耦合
3 偏滤器烘烤过程的流动传热分析
    3.1 偏滤器几何模型介绍
        3.1.1 EAST偏滤器靶板简化结构
        3.1.2 ITER偏滤器靶板简化结构
    3.2 基于Fluent三维流动传热模型的EAST偏滤器烘烤过程计算
        3.2.1 Fluent操作流程
        3.2.2 流体网格无关性实验
        3.2.3 EAST偏滤器极端烘烤过程的温度分布
    3.3 基于一维和三维耦合模型的ITER偏滤器烘烤过程计算
    3.4 一维和三维耦合模型的验证
        3.4.1 流动计算结果验证
        3.4.2 传热计算结果验证
        3.4.3 热应力计算结果验证
        3.4.4 一维和三维耦合模型的不足
        3.4.5 一维和三维耦合模型与Fluent三维流动传热模型的比较
4 偏滤器烘烤过程的热应力分析
    4.1 热应力理论
        4.1.1 概述
        4.1.2 热弹性力学理论
        4.1.3 热应力的求解方法
        4.1.4 热应力下的强度分析
    4.2 EAST偏滤器靶板烘烤过程的热应力分析
        4.2.1 计算设置
        4.2.2 极端烘烤条件下的热应力分析
        4.2.3 不同烘烤速率下的热应力分析
        4.2.4 计算准确性分析
        4.2.5 EAST偏滤器烘烤过程的优化
    4.3 ITER偏滤器靶板烘烤过程的热应力分析
        4.3.1 计算设置
        4.3.2 极端烘烤条件下焊接结构的热应力分析
        4.3.3 极端烘烤条件下销连接结构的热应力分析
        4.3.4 不同烘烤速率下销连接结构的热应力分析
        4.3.5 计算准确性分析
5. 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3748689