液态锂与冷却剂相互作用爆炸特性实验研究
发布时间：2023-04-08 04:21
受控核聚变提供了一种潜在的、取之不尽的清洁能源,是解决人类未来能源问题的主要选择。在磁约束托卡马克装置中,其第一壁部件尤为关键。液态锂能够承受很高的中子通量和表面热负荷,可以显著改善等离子体性能,是未来聚变堆面向等离子体第一壁发展的可能重要途径。但是,在托卡马克装置中大规模应用液态锂也存在一定的安全风险,液态锂与冷却剂的相互作用是决定聚变反应堆液态锂应用安全性和可靠性的关键因素。由于高温液态锂与冷却剂相互作用过程复杂,关键物理过程及爆炸机理尚不明确,相互作用过程中的能量转化模型尚未建立,极大的制约了相关事故后果的分析评估。本文通过实验研究与理论分析相结合的方法,从安全设计和风险分析的角度,研究聚变装置事故情况下液态锂与冷却剂的相互作用,为流动液态锂应用的安全分析、事故预防及运行控制提供科学依据,主要研究内容与结论包括:(1)开展了锂液滴与冷却剂相互作用可视化实验,相互作用的典型现象包括爆炸压力峰值和化学反应压力峰值两个压力峰值,爆炸作用冲击波形成的机械载荷是装置结构完整性的重要威胁。实验研究了液态锂初始温度、冷却剂初始温度及液态锂初始质量等关键因素的影响,结果表明当液态锂的初始温度等于...
【文章页数】：160 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号对照表
主要缩写对照表
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 研究背景
1.1.2 液态锂在聚变装置中的应用
1.2 液态金属与冷却剂相互作用研究现状
1.2.1 液态锂与冷却剂相互作用研究
1.2.2 碱金属与冷却剂相互作用研究
1.2.3 熔融金属热细粒化研究
1.2.4 小结
1.3 本文研究目标与内容
1.3.1 研究目标
1.3.2 研究内容
1.3.3 技术路线
第二章 锂液滴与冷却剂相互作用实验装置设计
2.1 概述
2.2 实验系统设计
2.2.1 实验装置本体设计
2.2.2 高速数据采集系统
2.2.3 安全防护措施
2.2.4 其它辅助设施
2.3 实验步骤与工况
2.3.1 实验操作步骤
2.3.2 实验工况制定
2.4 实验现象与数据处理
2.4.1 实验现象观测
2.4.2 实验数据处理
2.5 实验误差分析
2.6 本章小结
第三章 锂液滴与冷却剂相互作用实验研究
3.1 概述
3.2 固态锂与冷却剂相互作用实验研究
3.2.1 实验现象及结果
3.2.2 典型特征分析
3.3 锂液滴与冷却剂相互作用实验现象
3.3.1 典型现象描述
3.3.2 压力峰特征分析
3.4 锂液滴与冷却剂相互作用影响因素分析
3.4.1 液态锂初始温度影响分析
3.4.2 冷却剂初始温度影响分析
3.4.3 液态锂初始质量影响分析
3.5 锂液滴与冷却剂相互作用爆炸机理分析
3.5.1 细粒化现象分析
3.5.2 爆炸作用判断图谱
3.6 本章小结
第四章 锂液滴与冷却剂相互作用爆炸强度分析
4.1 概述
4.2 基于爆炸冲击波的压力分析
4.2.1 冲击波公式分析
4.2.2 经验公式拟合
4.2.3 实验结果比对
4.3 基于BP神经网络的压力分析
4.3.1 BP神经网络结构
4.3.2 BP神经网络训练
4.3.3 实验结果比对
4.4 遗传算法优化后的压力分析
4.4.1 遗传算法框架
4.4.2 遗传算法配置
4.4.3 结果分析
4.5 本章小结
第五章 锂液滴细粒化机理及机械能释放模型研究
5.1 概述
5.2 粗混合理论分析
5.2.1 粗混合过程分析
5.2.2 机械能转化率分析
5.3 锂液滴细粒化过程分析
5.3.1 化学反应产生的氢气
5.3.2 细粒化机理分析
5.4 机械能释放及压力峰值计算
5.4.1 机械能释放分析
5.4.2 压力峰值计算
5.5 锂液滴实验压力峰值对比分析
5.5.1 不同液态锂初始温度作用
5.5.2 不同液态锂初始质量作用
5.5.3 不同冷却剂初始温度作用
5.6 本章小结
第六章 锂液柱与冷却剂相互作用验证实验
6.1 概述
6.2 锂液柱与冷却剂相互作用实验系统设计
6.2.1 实验装置设计
6.2.2 实验步骤与工况
6.3 锂液柱与冷却剂相互作用影响因素分析
6.3.1 液态锂初始质量影响分析
6.3.2 液态锂初始温度影响分析
6.3.3 冷却剂初始温度影响分析
6.3.4 影响因素叠加的影响分析
6.4 氢气产生规律分析
6.4.1 氢气浓度分析
6.4.2 产氢速率分析
6.5 机理模型验证分析
6.5.1 爆炸过程对比分析
6.5.2 模型与实验比对
6.6 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 论文研究结论
7.2 论文创新点
7.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间已发表或录用的论文
本文编号：3785993
【文章页数】：160 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号对照表
主要缩写对照表
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 研究背景
1.1.2 液态锂在聚变装置中的应用
1.2 液态金属与冷却剂相互作用研究现状
1.2.1 液态锂与冷却剂相互作用研究
1.2.2 碱金属与冷却剂相互作用研究
1.2.3 熔融金属热细粒化研究
1.2.4 小结
1.3 本文研究目标与内容
1.3.1 研究目标
1.3.2 研究内容
1.3.3 技术路线
第二章 锂液滴与冷却剂相互作用实验装置设计
2.1 概述
2.2 实验系统设计
2.2.1 实验装置本体设计
2.2.2 高速数据采集系统
2.2.3 安全防护措施
2.2.4 其它辅助设施
2.3 实验步骤与工况
2.3.1 实验操作步骤
2.3.2 实验工况制定
2.4 实验现象与数据处理
2.4.1 实验现象观测
2.4.2 实验数据处理
2.5 实验误差分析
2.6 本章小结
第三章 锂液滴与冷却剂相互作用实验研究
3.1 概述
3.2 固态锂与冷却剂相互作用实验研究
3.2.1 实验现象及结果
3.2.2 典型特征分析
3.3 锂液滴与冷却剂相互作用实验现象
3.3.1 典型现象描述
3.3.2 压力峰特征分析
3.4 锂液滴与冷却剂相互作用影响因素分析
3.4.1 液态锂初始温度影响分析
3.4.2 冷却剂初始温度影响分析
3.4.3 液态锂初始质量影响分析
3.5 锂液滴与冷却剂相互作用爆炸机理分析
3.5.1 细粒化现象分析
3.5.2 爆炸作用判断图谱
3.6 本章小结
第四章 锂液滴与冷却剂相互作用爆炸强度分析
4.1 概述
4.2 基于爆炸冲击波的压力分析
4.2.1 冲击波公式分析
4.2.2 经验公式拟合
4.2.3 实验结果比对
4.3 基于BP神经网络的压力分析
4.3.1 BP神经网络结构
4.3.2 BP神经网络训练
4.3.3 实验结果比对
4.4 遗传算法优化后的压力分析
4.4.1 遗传算法框架
4.4.2 遗传算法配置
4.4.3 结果分析
4.5 本章小结
第五章 锂液滴细粒化机理及机械能释放模型研究
5.1 概述
5.2 粗混合理论分析
5.2.1 粗混合过程分析
5.2.2 机械能转化率分析
5.3 锂液滴细粒化过程分析
5.3.1 化学反应产生的氢气
5.3.2 细粒化机理分析
5.4 机械能释放及压力峰值计算
5.4.1 机械能释放分析
5.4.2 压力峰值计算
5.5 锂液滴实验压力峰值对比分析
5.5.1 不同液态锂初始温度作用
5.5.2 不同液态锂初始质量作用
5.5.3 不同冷却剂初始温度作用
5.6 本章小结
第六章 锂液柱与冷却剂相互作用验证实验
6.1 概述
6.2 锂液柱与冷却剂相互作用实验系统设计
6.2.1 实验装置设计
6.2.2 实验步骤与工况
6.3 锂液柱与冷却剂相互作用影响因素分析
6.3.1 液态锂初始质量影响分析
6.3.2 液态锂初始温度影响分析
6.3.3 冷却剂初始温度影响分析
6.3.4 影响因素叠加的影响分析
6.4 氢气产生规律分析
6.4.1 氢气浓度分析
6.4.2 产氢速率分析
6.5 机理模型验证分析
6.5.1 爆炸过程对比分析
6.5.2 模型与实验比对
6.6 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 论文研究结论
7.2 论文创新点
7.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间已发表或录用的论文
本文编号：3785993
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