氦冷液态铅锂包层内破口事故瞬态过程研究
发布时间：2021-10-08 11:13
液态铅锂包层具有结构简单、载热能力强、氚增殖比高等优点,是聚变堆包层发展的重要方向之一。但由于包层处于高能中子辐照、高热负载、高压力梯度等严苛的环境中,包层内存在高压氦气流道破裂引发的内破口事故（In-box Loss of Coolant Accident,In-box LOCA）可能性。当事故发生时,高压氦气会迅速注入铅锂流道,形成复杂的两相流动和冲击波效应,可能会导致峰值压力超过设计限值,进而对包层结构的完整性造成威胁。为提高包层安全性和避免放射性物质外泄,有必要对包层内破口事故瞬态过程进行深入研究。本文通过数值模拟和实验相结合的方法,对氦冷液态铅锂包层内破口事故发生时高压氦气冲击铅锂的瞬态过程进行研究,主要包括:1)构建基于氦气-铅锂两相流的流固双向耦合方法:首先,利用VOF（Volume of Fluid）方法实现了氦气-铅锂两相流界面的追踪。然后,基于流固双向耦合的理论,利用CFD软件,构建了适用于描述包层内破口事故的流固双向耦合分析方法。其中,对铅锂密度项采用可压缩处理以精确模拟压力波的传播过程。经过与激波传播算例、氦气-铅锂两相流算例的对比校验,从理论上验证了对氦气-铅...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：108 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１聚变堆包层概念设计方案１３８１??包层作为面向等离子体部件（Ｐｌａｓｍａ?Ｆａｃｉｎｇ?Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ），其服役环境苛刻，??
法校验??包层内破口事故后的物理现象非常复杂，涉及到冲击波在铅锂中的传播与反??射、压力波和包层结构的相互影响及高压氦气在铅锂内的复杂两相流动。我们需??要分别利用本章构建的方法对以上现象单项模拟分析验证，保证计算分析结果的??可靠性。??２．２．３．１激波传递算例??由于氦气和铅锂工作压力差较大（＞６ＭＰａ），包层破口瞬间，会形成间断的??压力波，激波传递过程中会导致物性的间断变化。准确的模拟激波在铅锂中的传??播与壁面反射，对于本研究起重要作用。??以一维激波管为例，模型如图２－２所示。初始条件如表２－１所示。管子中间??的薄膜（Ｘ＝?１．７?ｍ）将管子分成两部分：左边的压力为２?ＭＰａ的铅锂（作为可压??缩液体）区域，右边的压力为８?ＭＰａ的高压氦气（作为理想气体）区域。薄膜??破裂后，激波向左侧传播，稀疏波向右侧传播，但因铅锂体积变化非常小，向氦??气区域传播的稀疏波大小可以忽略。??０．０２ｍｌ?Ｉ?ＰｂＬｉ?｜?Ｈｅｌｉｕｍ＾?＼??＾?１．７ｍ?＊＂１?１〇ｍ??图２－２?ＩＤ氦气铅锂激波管算例模型??表２－１?—维激波管理论参数??ｘ＜１．７?ｘ＞１．７??Ｐ?２?ＭＰａ?８?ＭＰａ??Ｔ?６７３?Ｋ?６７３?Ｋ??ｕ?０?ｍ／ｓ?０?ｍ／ｓ??由于气液两相的可压缩性差异较大，两相激波管的压力波动与单相激波管的??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]应变速率和应力三轴度对316LN钢强度的影响[J]. 段兴旺,刘建生. 锻压技术. 2017(11)
[2]磁约束核聚变反应堆研发相关的金属流体力学问题研究[J]. 倪明玖. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2013(12)
[3]大型集成多功能中子学计算与分析系统VisualBUS的研究与发展[J]. 吴宜灿,李静惊,李莹,曾勤,陈明亮,郑善良,许德政,蒋洁琼,卢磊,丁爱平,胡海敏,龙鹏程,柏云清,罗月童,曹瑞芬,邹俊,何兆忠,黄群英,FDS团队. 核科学与工程. 2007(04)
[4]液态金属自由表面在聚变堆中的运用研究[J]. 康伟山,潘传杰,许增裕. 科学技术与工程. 2006(06)
[5]非均匀磁场中自由表面液态射流的MHD稳定性分析[J]. 康伟山,许增裕,潘传杰. 核聚变与等离子体物理. 2004(03)
硕士论文
[1]氦气—铅锂包层系统破口事故下压力传播特征分析[D]. 陈林.中国科学技术大学 2019
本文编号：3424047
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：108 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１聚变堆包层概念设计方案１３８１??包层作为面向等离子体部件（Ｐｌａｓｍａ?Ｆａｃｉｎｇ?Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ），其服役环境苛刻，??
法校验??包层内破口事故后的物理现象非常复杂，涉及到冲击波在铅锂中的传播与反??射、压力波和包层结构的相互影响及高压氦气在铅锂内的复杂两相流动。我们需??要分别利用本章构建的方法对以上现象单项模拟分析验证，保证计算分析结果的??可靠性。??２．２．３．１激波传递算例??由于氦气和铅锂工作压力差较大（＞６ＭＰａ），包层破口瞬间，会形成间断的??压力波，激波传递过程中会导致物性的间断变化。准确的模拟激波在铅锂中的传??播与壁面反射，对于本研究起重要作用。??以一维激波管为例，模型如图２－２所示。初始条件如表２－１所示。管子中间??的薄膜（Ｘ＝?１．７?ｍ）将管子分成两部分：左边的压力为２?ＭＰａ的铅锂（作为可压??缩液体）区域，右边的压力为８?ＭＰａ的高压氦气（作为理想气体）区域。薄膜??破裂后，激波向左侧传播，稀疏波向右侧传播，但因铅锂体积变化非常小，向氦??气区域传播的稀疏波大小可以忽略。??０．０２ｍｌ?Ｉ?ＰｂＬｉ?｜?Ｈｅｌｉｕｍ＾?＼??＾?１．７ｍ?＊＂１?１〇ｍ??图２－２?ＩＤ氦气铅锂激波管算例模型??表２－１?—维激波管理论参数??ｘ＜１．７?ｘ＞１．７??Ｐ?２?ＭＰａ?８?ＭＰａ??Ｔ?６７３?Ｋ?６７３?Ｋ??ｕ?０?ｍ／ｓ?０?ｍ／ｓ??由于气液两相的可压缩性差异较大，两相激波管的压力波动与单相激波管的??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]应变速率和应力三轴度对316LN钢强度的影响[J]. 段兴旺,刘建生. 锻压技术. 2017(11)
[2]磁约束核聚变反应堆研发相关的金属流体力学问题研究[J]. 倪明玖. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2013(12)
[3]大型集成多功能中子学计算与分析系统VisualBUS的研究与发展[J]. 吴宜灿,李静惊,李莹,曾勤,陈明亮,郑善良,许德政,蒋洁琼,卢磊,丁爱平,胡海敏,龙鹏程,柏云清,罗月童,曹瑞芬,邹俊,何兆忠,黄群英,FDS团队. 核科学与工程. 2007(04)
[4]液态金属自由表面在聚变堆中的运用研究[J]. 康伟山,潘传杰,许增裕. 科学技术与工程. 2006(06)
[5]非均匀磁场中自由表面液态射流的MHD稳定性分析[J]. 康伟山,许增裕,潘传杰. 核聚变与等离子体物理. 2004(03)
硕士论文
[1]氦气—铅锂包层系统破口事故下压力传播特征分析[D]. 陈林.中国科学技术大学 2019
本文编号：3424047
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