检索结果-南通市图书馆

作者：高俊安徽大学

学位级别：硕士

人类社会发展日益受到能源与环境问题的制约,为了有效解决能源与环保需求矛盾,开发具有安全、清洁、可持续发展的核聚变能是未来的理想选择。国际热核实验堆（ITER）是能够产生可控核聚变反应的磁约束超导托卡马克装置,其中的包层结构... 详细信息

人类社会发展日益受到能源与环境问题的制约,为了有效解决能源与环保需求矛盾,开发具有安全、清洁、可持续发展的核聚变能是未来的理想选择。国际热核实验堆（ITER）是能够产生可控核聚变反应的磁约束超导托卡马克装置,其中的包层结构不仅承担着增殖氚、屏蔽核辐射等重要功能,也是带走核热实现能量转换的关键部件。ITER包层第一壁在服役过程中会承受平均约4.7 MW/m2的高热负荷,为了实现对第一壁的高效冷却和降低热载荷梯度,本文以国际热核实验堆（ITER）和欧洲联合核聚变实验装置（JET）的结构参数为依据,设计了第一壁面向等离子体侧具有新型倾斜结构的超汽化强化换热方案。采用验证实验与计算流体力学（CFD）数值模拟相结合的方法,获得了新型倾斜超汽化结构流道代替现行典型光滑流道的换热方案,为聚变堆包层第一壁的高效冷却设计提供了一种换热效率高、结构简单和工程可行的设计方案。主要工作总结如下:1.开展了倾斜超汽化结构与典型换热部件的对比换热实验。通过自主搭建的水冷包层第一壁内侧倾斜超汽化回路平台,结合平面激光诱导荧光、粒子成像测速、高速摄影等先进测量技术,对不同形状和角度的倾斜超汽化结构进行了强化换热实验研究。结果表明,当流速达到0.5 m/s时,三角形翅片结构流道的有效强化换热效率最高,比光滑流道提升了75.56%。45°倾角三角形翅片流道的强化换热效率比光滑流道最大提升了89.9%,相比典型三角形翅片流道提升了8.2%。实验表明了新型倾斜超汽化结构的换热性能明显增强,其中45°三角型翅片的冷却效果最好。2.运用UG软件建立水冷包层第一壁数学模型,并结合ANSYS Workbench软件对倾斜超汽化结构的换热开展了数值模拟。将计算结果与实验结果进行比对,研究发现具有15°、30°和45°三角型翅片结构壁面的热沉温度相较于0°（典型）三角型翅片结构的温度变化趋势与实验下降规律趋势相一致,其中45°三角形翅片结构的热沉表面最大热沉温度最低（346.9 K）,有效强化换热效率相比于典型三角形流道提升了17.7%,从而验证了45°三角形翅片结构换热效果最好,与实验结果相符。3.以CFETR水冷包层第一壁为例开展了模拟验证,证实倾斜超汽化结构换热方案的可行性。模拟结果表明,三角形翅片结构的换热系数始终随着倾斜角的增大而增大,在倾斜角到达45°时处于峰值。其中45°三角形翅片流道的有限强化换热效率比典型三角形翅片流道最大提升了17.5%。考虑到压降对传热的影响,提出综合强化换热性能（FOM系数）来表征流道的综合换热效率,研究表明45°三角形翅片的FOM系数相对于其他结构始终最大,其在流速为2 m/s时的FOM系数相比典型三角形翅片提高了1.26倍。

关键词：包层第一壁倾斜超汽化结构强化换热数值模拟

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氢同位素对包层第一壁钨/钢焊接接头组织和性能的影响

氢同位素对包层第一壁钨/钢焊接接头组织和性能的影响

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第二届中国氚科学与技术学术交流会

作者：王纪超王万景李强魏然王兴立谢春意刘松林罗广南中国科学院等离子体物理研究所

CFETR水冷包层第一壁由面向等离子体材料钨和结构材料铁素体/马氏体钢组成,严苛的聚变堆运行环境对钨/钢连接质量提出了很高的要求[1]。固相扩散焊接是比较有前途的实现钨/钢连接技术之一[2]。用钛金属做中间层对钨/钢进行了热等静压固... 详细信息

CFETR水冷包层第一壁由面向等离子体材料钨和结构材料铁素体/马氏体钢组成,严苛的聚变堆运行环境对钨/钢连接质量提出了很高的要求[1]。固相扩散焊接是比较有前途的实现钨/钢连接技术之一[2]。用钛金属做中间层对钨/钢进行了热等静压固相扩散焊接实验,测试分析显示钛可以有效避免钨/钢脆性反应相的出现,实现了较好的钨/钢连接[3]。另一方面,在聚变堆中包层部件直接暴露于氢同位素环境中。氢同位素很容易在金属中溶解并扩散,从而影响金属的显微结构和整个焊接接头的连接质量。因此,评价钨/中间层/钢焊接接头在氢同位素环境中是否可以保持结构完整性对聚变装置的稳态运行至关重要。采用静态置氢法对钨/钛/钢焊接接头进行了氢同位素（氘气）暴露实验,通过改变氘气压强（200～10000Pa）从而改变氘气在焊接接头中的含量。置氘以后对焊接接头进行了组织和性能分析。氘气压强在200～1 000 Pa范围内,钛中间层和钨/钛/钢界面显微组织变化不大,钨/钢结构完整,但力学性能会受到影响;氘气压强提高到10 000 Pa以后,钨/钛/钢焊接接头中钛脆化成粉末,钨/钢连接完整性被破坏,如图1和图2所示。用钛做中间层可以得到连接质量较好的钨/钢接头。但是氢同位素暴露试验结果表明,钨/钛/钢焊接接头连接强度会受到氢同位素含量的影响,氢同位素过饱和以后甚至会导致接头失效,因此需要采取措施使接头中的氢同位素含量保持在一定范围之内。本工作的研究同样适用于添加了其他中间层材料的钨/钢模块在氢同位素环境中的完整性验证。

关键词： CFETR 包层第一壁钨/钢钛氢同位素

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未来聚变堆氦冷固态增殖包层第一壁冷却回路设计及优化

未来聚变堆氦冷固态增殖包层第一壁冷却回路设计及优化

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中国真空学会2014学术年会

作者：祁松松王国栋唐红军闫清泉黄稳陈晨陈长琦宋云涛雷明准合肥工业大学真空与过程装备研究所中科院合肥物质院等离子所

中国提出了氦冷固态增殖包层(HCPB)的概念,采用低活化马氏体/铁素体钢(RAFMS)作为结构材料;硅酸锂陶瓷作为氚增值材料;铍作为中子倍增材料;氦气作为冷却气体。HCPB氦冷固态增值包层主要组成部件有U形第一壁、上下盖板、格架、增殖子模... 详细信息

中国提出了氦冷固态增殖包层(HCPB)的概念,采用低活化马氏体/铁素体钢(RAFMS)作为结构材料;硅酸锂陶瓷作为氚增值材料;铍作为中子倍增材料;氦气作为冷却气体。HCPB氦冷固态增值包层主要组成部件有U形第一壁、上下盖板、格架、增殖子模块、背板等。U型第一壁是包层模块直接面对等离子体的重要部件,在主机运行阶段,第一壁会受到高能粒子流、来自等离子体的热流以及等离子体破裂产生的巨大机械应力和电磁载荷等的作用。第一壁结构冷却管路设计是第一壁设计的关键,能否及时有效的带走第一壁承受的大量热载荷将直接影响到增殖包层运行的稳定性。因而对第一壁进行全面的热结构分析并进行合理的结构优化是非常必要的。为了将第一壁温度和应力控制在极限允许的范围内,本文设计了其包层结构的第一壁冷却回路,并基于ANSYS CFX和ANSYS Workbench程序对第一壁结构进行了热力学计算和数值模拟热结构耦合分析,得到了第一壁结构的温度和应力分布,同时研究了第一壁的热结构耦合响应。根据分析结果对冷却回路进行了优化设计,有效降低了第一壁最高温度和最大应力,满足了第一壁的设计要求。

关键词：核聚变包层第一壁冷却回路热结构优化设计

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管道连接装配型ITER增强热负荷第一壁的初步设计

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核聚变与等离子体物理 2020年第1期40卷 65-71页

作者：吴晶王平怀谌继明袁涛朱小波李前高翚康伟山核工业西南物理研究院成都610041

中方承制的ITER第一壁采用大量焊接连接结构,冷却通道焊缝多,冷却水泄漏风险大,且存在焊接装配难以更换缺损部件等关键问题。在全尺寸原型件工艺认证阶段,需基于半原型研发基础,对其进行更改设计。设计重点在于手指部件采用前部燕尾槽... 详细信息

中方承制的ITER第一壁采用大量焊接连接结构,冷却通道焊缝多,冷却水泄漏风险大,且存在焊接装配难以更换缺损部件等关键问题。在全尺寸原型件工艺认证阶段,需基于半原型研发基础,对其进行更改设计。设计重点在于手指部件采用前部燕尾槽和中部螺钉连接的固定结构,手指对采用前部管管连接、中部管连接件与中心梁焊接形成内部冷却通道回路。对初步设计模型进行了结构热及弹塑性分析。分析结果显示其温度、位移、强度均在可接受范围内,可以采用这种结构继续进行整个增强热负荷第一壁的详细设计。

关键词： ITER 包层第一壁初步设计有限元分析

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基于数值方法的层状复合结构强度分析与研究

基于数值方法的层状复合结构强度分析与研究

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作者：任涛华中科技大学

学位级别：硕士

层状复合结构由于其独特的性能优势,在能源以及其它行业的应用越来越广泛。准确预测和评价结构在受到机械载荷和热载荷下的变形和应力特性关系到整体结构运行的安全性和经济性,有利于对其结构优化设计提供参考依据。层状复合结构的结... 详细信息

层状复合结构由于其独特的性能优势,在能源以及其它行业的应用越来越广泛。准确预测和评价结构在受到机械载荷和热载荷下的变形和应力特性关系到整体结构运行的安全性和经济性,有利于对其结构优化设计提供参考依据。层状复合结构的结构特殊性,在强度分析中有希望将其复杂的三维问题有效地简化为二维问题来处理。尽管针对复合材料层合板的板壳理论已经将复合材料层合板这样的三维结构问题有效的简化为二维或者准二维的问题来处理,但由于这样的理论采取的诸多假设并不适用于所有层状结构,例如,类似于国际热核聚变试验反应堆(ITER)屏蔽包层第一壁这样的层状复合结构,在结构特性上和层合板存在较大差异,目前只能采用试验方法或者全三维的数值模拟来研究其在高热流载荷下的变形和应力特性。本文正是以非线性高阶中心理论为基础,希望通过新的有限元模型的建立来解决这一问题。针对蜂窝夹芯层状复合结构发展而来的非线性高阶中心理论,对蜂窝夹芯层状复合结构不同层的变形采用不同的高阶位移模式,考虑了中心夹层的可压缩性和变形的非线性,已经初步验证对于不同纵横比的蜂窝夹芯平板都有很好的适用性。在本文中,首先针对蜂窝夹芯复合结构,应用有限元分析方法对不同纵横比的蜂窝夹芯层状复合平板,在不同的载荷条件下进行三维弹性分析,验证了其在受力变形时的性能优势,得到了在静载和动载下的变形特性。然后基于非线性高阶中心理论,以蜂窝夹芯层状平板为研究对象,建立了一种新的有限元模型,有效地将蜂窝夹芯结构的三维问题简化为二维问题,并与之前的三维弹性解进行了比较,验证了模型的准确性。除此之外,在本文中还通过其它一些经典的数值算例来进一步验证非线性高阶中心有限元模型有效性。作为非线性高阶中心有限元模型拓展应用的初步尝试,对ITER屏蔽包层第一壁层状结构在设计热载荷和最大热载荷工况下结构的温度、应力和热应变进行了计算和分析,以期为将来非线性高阶理论的拓展应用提供验证依据。

关键词：层状结构蜂窝夹芯平板有限元非线性高阶中心 ITER 包层第一壁

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