EAST+ICRH天线法拉第屏蔽冷却结构优化.pdfVIP

第 37 卷 第 1 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.37, No.1 2 0 1 7 年 3 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics March 2017 文章编号：0254−6086(2017)01−0069−06 DOI: 10.16568/j.0254-6086.201701013 EAST ICRH天线法拉第屏蔽冷却结构优化 1, 2 1 1 1 杜群山 ，杨庆喜 ，王永胜 ，葛 剑 ， 袁 帅1 1 1 1 ，张新军 ，秦成明 ，赵燕平 (1. 中国科学院等离子体物理研究所，合肥 230031 ；2. 中国科学技术大学，合肥 230026) 摘 要：现有的法拉第屏蔽(FS)冷却结构无法满足未来 EAST 长脉冲稳态运行的要求，需要进行优化改进。 通过理论和数值模拟方法，对 FS 原有冷却结构进行了优化设计，并获得了改进后 FS 冷却管道的流速和压力分布。 通过比较不同进口条件下 FS 流体压降和结构温度分布情况，获得了适合优化后 FS 结构运行的流动参数，为未来 ICRH 天线 FS 的运行提供了理论指导。 关键字：ICRH天线；法拉第屏蔽；冷却管道；流体分析；设计优化 中图分类号：TL624 文献标识码：A 1 引言 2 EAST ICRH 天线法拉第屏蔽结构 为了实现托卡马克装置中的氘氚核聚变反应， 图 1 给出了 EAST B 窗口 ICRH 天线结构图。 仅靠等离子体自身的欧姆加热是远远不够的，必须 从图 1 可以看出，FS 位于 ICRH 天线前端，直接面 采用有效的辅助加热方式。纵观国际上大型的托卡 对真空室中的等离子体，将承受很高的热载荷，因 马克装置，离子回旋共振加热(ICRH)是实际应用中 此其冷却结构的设计尤为重要。FS 由 FS 箱体和冷 十分有效的一种辅助加热方式。ICRH 系统主要由 却水管焊接而成，起到保护电流带、屏蔽不必要的 [4] 微波发生器、波传输系统、ICRH 天线、阻抗匹配 场分量、改善 ICRH 天线加热性能等重要作用 。 器等构成，微波发生器中产生的射频电磁波，经过 随着 EAST 装置运行参数的提高，目前的 ICRH 天 波传输系统，由 ICRH 天线作为载体耦合到真空室 线的 FS 冷却结构已无法满足未来 EAST 装置长脉 中的等离子体中，产生共振的离子回旋波，对等离 冲稳态运行的加热要求，需要对其结构进行优化。 子体进行加热[1] 。ICRH 天线作为微波与等离子体 现有的 EAST 装置 ICRH 天线的 FS 由四周的盖板 耦合的载体，其特性和结构对波的耦合效率起到非 组成 FS 的箱体，中间隔板将箱体分为左右两部分， 常重要的作用[2] 。作为国内 EAST 托卡马克装置中 每部分各包含 41 根 U 形冷却管道，冷却管道与盖 一种主要的辅助加热设备，ICRH 天线未来将为其 板和中间隔板通过焊接连接，具体结构如图 2 所示。 1000s 以上的长