水冷包层试验段的设计与流动特性研究.pdfVIP

第36卷 第3期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 VOll36．NO．3 2016年 9月 NuclearFusionandPlasmaPhysics Sep．2016 文章编号：0254—6086(20l6)03—0254-06 DOI：10．16568j／．0254—6086．201603012 水冷包层试验段设计与流动特性研究 廖世梁，曹学武 (上海交通大学机械与动力工程学院，上海 200240) 摘 要：针对水冷包层子模块并行通道的流量分配对热量导出的影响，以水冷包层子模块第一壁为研究对象， 对其并行通道试验段的模化设计与流量分配特性展开了研究。采用模化方法对第一壁的结构进行设计，得出试验 段相关参数。采用计算流体力学(CFO)的方法对模化设计的试验段进行数值模拟 ，并分析其流动状态。将结果与 原型结构下的流动特性参数进行比较，验证了采用模化方法得到的试验段参数可以有效反映水冷包层子模块第一 壁的流动特点，为试验装置的搭建提供参考。 关键词：水冷包层 ；第一壁；模化分析 ；流动特性 中图分类号 ：TL621 文献标识码：A 1 引言 素，各并联通道内流量肯定会有不均匀性。目前， 国际热核聚变实验堆(ITER)基于超导托卡马 国内外学者对包层内冷却剂流动特性开展了大量 克的磁约束等离子体进行聚变反应，其主体部分主 研究。郝腾飞 J对氦冷固态包层的冷却剂流量分配 要包括了堆芯等离子体、真空室、第一壁、增殖包 进行了数值模拟研究并提出了结构优化设计方案， 层、磁体屏蔽、偏滤器、磁体系统 、热工水力系统 、 美国相关学者 J对氦冷固态增殖包层进行了相关流 生物屏蔽系统等。对于增殖包层，除了能对氚和中 动与传热研究，佟立丽等[71利用 RELAP、CFD 的 子进行增殖以外，同时起着带走聚变产生的能量的 方法对水冷包层子模块进行了流量分配的数值模 作用。ITER各成员国提出了不同的包层设计概念， 拟 ，并对第一壁的瞬态工况进行了研究，结果表明 从冷却剂角度看 ，主要分为氦冷包层和水冷包层。 现在的包层结构设计能安全带走核功率，但并联管 印度等离子体研究所 (IPR)提出了氦冷固态增殖包 道存在流动不稳定现象需要后续研究。 层…，法国原子能委员会(CEA)提出了水冷锂增殖 为后续进行包层子模块并联通道内冷却剂在 包层2【]，中国核工业西南物理研究院提出了氦冷包 压水工况下的流量分配试验研究，本文利用相似理 层的概念 J，中国科学院等离子体物理研究所提出 论对 日本JAEA设计的水冷包层第一壁进行等压模 了过热蒸汽包层的概念l4】，目前均处于研究阶段。 化，并分别对模化试验段和原型结构进行 CFD模 包层 内存在复杂的流道结构。对于冷却剂在包 拟 层 内的流动，最理想的情况是其在各并联通道 内流 量完全相等，这样的话整个装置热量分布更加均 2 试验段相似模化 匀，系统也就更加安全可靠，然而因为流体的粘性 在实验研究中，最具说服力的实验结论是原型 力作用、管道内流动压降以及几何形状的不同等因 试验，但是对于某些复杂试验段 、实验现象直接进 收稿 日期：20I5-07—27：修订 日期：2016-03—07 基金项目：国家磁约束核聚变能发展研究专项(2014GB122001) 作者简介：廖世梁(1991一)，男，四川绵阳人，硕士研究生，核科学与技术