【摘要】：包層技術是聚變能實現(xiàn)的核心技術,而液態(tài)增殖包層因其好的導熱和載熱能力、高氚增殖能力等優(yōu)點,是目前包層概念設計和ITER測試包層模塊的主要方案之一。中國科學院核能安全技術研究所·FDS團隊設計了雙功能鉛鋰增殖包層(Dual-functional Lithium Lead, DFLL),有兩種運行模式：雙冷鉛鋰增殖包層(Dual-cooled Lithium Lead,DLL)和單冷鉛鋰增殖包層(Quasi-Static Lithium Lead, SLL)。聚變堆液態(tài)包層處于強磁場環(huán)境,導電流體在磁場作用下流動會產生感應電流,形成磁流體動力學(MHD)效應,中子體積核熱密度的不均勻分布梯度在重力作用下會形成浮力效應,兩種效應劇烈改變液態(tài)增殖劑的流動與傳熱性能,影響熱工結構的可靠性,關系到液態(tài)包層概念的可行性,其冷卻劑出口溫度影響聚變堆能量轉換效率,關系到聚變堆的經濟性,是液態(tài)金屬包層特有的關鍵問題。本文以聚變堆液態(tài)金屬包層存在的關鍵問題之一一浮力作用下的MHD流動傳熱為背景,研究包含浮力源項的高Hartmann數(shù)MHD數(shù)值模型與計算方法,開發(fā)并驗證了適用于聚變堆液態(tài)包層高Hartmann數(shù)工況的MHD分析程序MTC-OpenFOAM版本。主要工作為：(1)根據(jù)聚變堆液態(tài)包層高Hartmann數(shù)MHD流動特點,選擇合適的物理模型、流場求解算法、電場求解算法、浮力計算模型,完成磁流體分析程序MTC的開發(fā),具備完善的不可壓縮磁流體及浮力驅動流計算功能,可用于聚變堆工況下液態(tài)包層磁流體流動和傳熱分析；(2)根據(jù)強磁場下MHD湍流的特征,在現(xiàn)有MHD湍流雷諾平均模型的基礎上,開發(fā)出適用于高Hartmann數(shù)的MHD湍流模型；(3)應用理論和實驗算例對程序進行了驗證,驗證算例涵蓋了從層流到湍流的各種工況,主要包括充分發(fā)展層流、三維層流、浮力驅動流、MHD湍流等。以大規(guī)模數(shù)值計算為主要手段,研究在聚變強磁場及非均勻的聚變中子核熱沉積條件下液態(tài)包層熱工水力特性,主要工作為：(1)從眾多的ITER和DEMO液態(tài)包層設計中選取典型包層結構和熱工水力參數(shù)范圍,對其浮力效應特征進行詳細的機理分析,總結出中子體積核熱、FCI絕熱性能、FCI電絕緣性能、流體流向對液態(tài)金屬包層MHD浮力流強度的影響；發(fā)現(xiàn)為了實現(xiàn)高溫出口,FCI材料導熱率要低于1W/mK；(2)分析典型包層DFLL TBM的MHD浮力驅動流特征,評價其熱工結構設計的可靠性,提供包層設計的優(yōu)化方向。主要結論為：(1)SLL TBM的結構最高溫度704K,滿足結構材料要求,不需要進行優(yōu)化；(2)DLLTBM的結構最高溫度達1126K,很接近結構溫度限制1270K,優(yōu)化后的DLL TBM包層的增殖劑PbLi最高溫度相比于優(yōu)化前降低了96K,大幅提高結構安全裕量。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TL61
【圖文】：

圖２．１液態(tài)包層的兩類不同的端流狀態(tài)區(qū)域ｎｗ逡逑（２）邋ＭＨＤn髂Ｐ脫芯肯腫村義隙肆魘的Ｄ庥校壤嚳椒ǎ豪著燈驕椒ǎǎ遙粒危櫻�、直洁]的Ｄ猓ǎ模危櫻╁義蝦痛蠡瞿Ｄ猓ǎ蹋牛櫻�。ＤＮＳ和ＬＥＳ方法可Ｗ捕捉到~.流細節(jié)，計算精度高，但是逡逑

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本文編號：2793906