冷冻靶降温过程温度场分布及冰层生存时间研究

发布时间：2024-02-15 11:40

　　为在冷冻靶上成功实现惯性约束核聚变点火,需在打靶前将冷冻靶丸内冰层温度降低1.5 K。针对冷冻靶快速降温过程温度场发生突变导致冰层质量恶化的问题,数值研究了快速降温过程中冷冻靶温度场的瞬态特性,并提出了优化降温方案。数值模拟基于Boussinesq假设,通过UDF编程,获得了降温速率的影响规律,并分析比较了不同延迟时间下延迟降温的数值结果。结果表明:降温开始时,最大温差急剧增大但最终趋于稳定;减小降温速率,可有效改善靶丸表面温度的均匀性,延长冰层的生存时间,使降温结束时冰层质量满足要求;具有特定延迟时间的延迟降温能改善靶丸外表面温度的均匀性从而增加冰层的生存时间,且存在最佳延迟时间使冰层的生存时间最长。

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【部分图文】：

图7不同降温速率下靶丸表面参数的比较

由上述可知,在直线降温过程中,由于自然对流,靶丸北半球的温度会略高于南半球,若能给予靶丸南半球较少的制冷量,则有希望削弱靶丸表面温度的不均匀度。于是靠近靶丸南半球的下冷环在进行直线降温之前,有一个温度不变的过程,即有一个延迟时间,如图8所示,此种降温方式为延迟降温。图8延迟降温....

图8延迟降温冷环的降温曲线

图7不同降温速率下靶丸表面参数的比较降温速率为12K/min时,延迟时间(0、0.1、0.2、0.3、0.35、0.4、0.5、0.7s)对冰层生存时间的影响示于图9。当延迟时间增加时,降温所需时间略有增加,靶丸外表面不均匀度先减小后增大,冰层的生存时间先增大后减小,当延迟....

图1冷冻靶模型

1.1物理模型本文采用的冷冻靶构型和尺寸以美国国家点火装置(NIF)为参考[19],如图1所示。容纳靶丸的黑腔为圆柱形金腔,其直径为5.44mm,高度为10mm。为减少激光入射期间的等离子体扩散以及消散β-分层期间释放的热量,黑腔内填充氦气[13]。黑腔的底面和顶面为激光入....

图2网格无关性验证

tmax=aln(1-CΔx0ΔΤmax)-aln(1-CΔx1ΔΤmax)?????????(5)图3冰层厚度分布示意图

本文编号：3899683