Z-FFR第一壁瞬态动力学响应研究

发布时间：2024-06-28 02:46

　　Z箍缩驱动聚变-裂变混合能源堆(Z-FFR)是利用Z箍缩产生的大量高能中子驱动次临界裂变堆而释放能量,产生的a离子能量将在小于数个毫秒的时间尺度内沉积在靶室内部。聚变靶室内能量沉积在第一壁表面将带来材料表面的烧蚀等热学效应,以及热激波和热应力等力学效应进而可能产生屈服、断裂、层裂等材料和结构响应。周期性应力长期作用可能产生的疲劳效应等对第一壁结构寿命和结构强度有显著影响。本文利用ANSYS程序,通过有限元分析方法建立第一壁模型,对第一壁在表面瞬态热流加载下的热-力学瞬态响应分析进行模拟。在单次瞬态脉冲热流加载下,热流冲击能量主要集中在第一壁表面钨层部分,最大温度出现在第一壁表面钨层为409℃,温升幅值为86℃。表面钨层最大温度低于钨材料的再结晶温度(1300℃),随着深度增加温度逐渐降低。在0.1Hz的频率加载下第一壁表面钨层温升只占整个周期较小一部分,周期性加载不会导致第一壁温度累积效应。第一壁热应力主要分布在温度梯度较大的区域,钨层表面最大Vonmises应力为140MPa,沿着深度方向温升幅值越低应力也越小,钨层最大应力及应变均处于弹性应变区域,没有超过钨材料的屈服强度。切向应力...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１?Ｚ－ＦＦＲ总体结构示意图??

管块状天然铀合金作为燃料，轻水作冷却剂兼慢化剂，所产生的长寿命高放核素也比较??少，后处理只需要通过简便干法去除裂变气体，燃料即可重新利用。??如图１．１所示，Ｚ－ＦＦＲ总体结构［３，４］主要由Ｚ箍缩惯性约束聚变堆芯，次临界能源包??层及能量输出系统，产氚包层及氘氚循环系统三大部....

图１．１?Ｚ－ＦＦＲ总体结构示意图??

??Ｚ箍缩驱动聚变裂变混合堆工作的基本物理原理如图１．２所示，堆芯通过电磁内爆??驱动ＤＴ靶聚变反应，提供１４ＭｅＶ高能中子源，与次临界包层中的Ｕ－２３８发生裂变反??应。后者衰变产生的Ｐｕ－２３９在热中子作用下进一步裂变，从而释放巨大能量并输出大??量中子，裂变能量以热的形式被....

图３．１第一壁有限元分析模型??

热冲击过程展开数值模拟。??３．１模型建立??参考实际的Ｚ－ＦＦＲ第一壁模块，第一壁有限元分析计算模型如图３．１所示。采用一??维轴对称模型，利用ＡＮＳＹＳ程序进行分析。第一壁表面由０．２?ｍｍ鹤层和５?ｍｍ锆合??金基底组成，钨层表面设定为自由边界，并假定其应力－应变曲线处于弹....

图３．２?Ｚ－ＦＦＲ靶室内部防护思路??改变靶室内部参数设计，第一壁表面热流加载峰值也随之改变

计算结果具有网格无关性。??３．２加载条件??Ｚ－ＦＦＲ聚变靶室［３５］结构如图３．２所示，Ｚ－ＦＨＩ聚变靶室内部通过引入可更换传输线??（ＲＴＬ）、薄壳层防护层（ｓｈｅｌｌ）和Ａｒ缓冲气体可以吸收全部的聚变Ｘ射线和离子??能量，通过能谱改造和能量吸收将其转化为强度峰值较弱、作用....

本文编号：3996323