实验包层模块在MD破裂下的电磁安全分析

发布时间：2023-10-29 18:33

　　实验包层模块(TBM, Test Blanket Module)是国际热核聚变实验堆计划(ITER,International Thermonuclear Experimental Reactor)验证发展未来可行性商用聚变堆(DEMO)的重要组成部分，其主要目标是实现氚自持、高热量的提取以及相关程序和设计工具等的测试验证。由于ITER中等离子是被约束在强磁场坏境中，如若出现事故，等离子失去控制导致破裂，巨大的瞬变磁场在TBM内产生的电磁载荷将对ITER的安全运行带来隐患。因此，对在等离子破裂下TBM设计的合理性进行电磁安全分析是至关重要的。 本文针对中国固态实验包层，在等离子主破裂(MD, Major Disruption)工况下展开了电磁安全领域的仿真研究：首先归纳了中国氦冷固态陶瓷实验包层模块(HCCB TBM, Helium Cooled Ceramic Breeder TBM)的结构设计与发展，以及等离子体的两种主破裂事故，为后文的分析奠定基础。接着利用ANSYS有限元分析软件对ITER的各类电磁线圈所组成的电磁环境以及中国HCCB TBM进行了有限元三维建模，并以等离子体电...

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
        1.1.1 核聚变的发现与前景
        1.1.2 核聚变反应条件
        1.1.3 托卡马克装置
    1.2 课题背景及意义
        1.2.1 ITER 计划及其主要构件
        1.2.2 中国参与 ITER 的意义
        1.2.3 实验包层模块的重要性
        1.2.4 ITER 实验包层模块计划和技术方案
        1.2.5 中国固态增殖剂实验包层模块
    1.3 实验包层的电磁安全研究
        1.3.1 电磁安全简介
        1.3.2 国内外瞬态电磁安全研究
    1.4 本文所做工作与意义
第二章 有限元电磁分析理论
    2.1 基本电磁学理论
        2.1.1 麦克斯韦方程组积分与微分的一般形式
        2.1.2 本构关系
        2.1.3 电磁场的偏微分方程
        2.1.4 三种典型的电磁场方程
        2.1.5 媒介间的边界条件
    2.2 有限元方法简介
        2.2.1 有限元方法的基本思想
        2.2.2 两种典型的有限元求解方法
        2.2.3 有限元方法的特点
    2.3 电磁场有限元法的求解思路
    2.4 ANSYS 软件简介
        2.4.1 ANSYS 软件的特点
        2.4.2 ANSYS 软件的电磁分析介绍
        2.4.3 APDL 语言简介
    2.5 本章小结
第三章 瞬态电磁分析
    3.1 引言
    3.2 两种等离子大破裂及其对 TBM 的影响
        3.2.1 等离子体大破裂描述
        3.2.2 TBM 上的电磁载荷
    3.3 假设条件与边界条件
        3.3.1 假设条件
        3.3.2 边界条件
    3.4 建立初步分析的有限元模型
        3.4.1 空气单元厚度对模型的影响
        3.4.2 等离子位形大小对模型的影响
    3.5 建立完整瞬态电磁分析的有限元模型
    3.6 载荷加载
    3.7 结果分析
        3.7.1 感生涡流
        3.7.2 洛伦兹力及扭矩
    3.8 本章小结
第四章 结构耦合分析
    4.1 ANSYS 耦合分析简介
        4.1.1 引言
        4.1.2 ANSYS 耦合分析方法及选择比较
    4.2 电磁结构耦合分析基础
    4.3 电磁结构耦合过程
    4.4 电磁结构耦合分析结果
    4.5 支撑套管尺寸对耦合分析结果的影响
    4.6 本章小结
第五章 热耦合分析
    5.1 电磁热耦合分析基础
    5.2 电磁热耦合过程
    5.3 电磁热耦合分析结果
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 不足与展望
致谢
参考文献
攻硕期间取得的研究成果
附录 A
附录 B



本文编号：3858634