國際熱核聚變實驗反應(yīng)堆ITER計劃是一個國際科研合作項目,其目的是為了建造一個大型的超導托卡馬克,通過科學和技術(shù)手段來實現(xiàn)核聚變能的和平利用。中子屏蔽塊是ITER真空室中子屏蔽層的基本組成單元,由多個組件裝配而成,用于屏蔽聚變反應(yīng)中產(chǎn)生的中子流。在聚變反應(yīng)工況下,中子屏蔽塊受到輻射和熱流高溫影響會產(chǎn)生熱應(yīng)力。為得到在聚變反應(yīng)工況下中子屏蔽塊的溫度分布,本文使用Ansys軟件對中子屏蔽塊進行傳熱分析,在分析過程中主要有熱生率的變化函數(shù)、冷卻水和屏蔽塊的對流換熱、包層和冷屏的輻射等邊界條件。分析結(jié)果對比材料的物理屬性,中子屏蔽塊的溫度變化在其材料的屬性要求范圍之內(nèi),滿足材料的耐熱性能要求。 本課題來源于：國際合作項目"ITER裝置真空室中子屏蔽層的設(shè)計與研究”(Framework contract ITER/CT/09/6000000003) 真空室內(nèi)的中子屏蔽層是一個由8600塊小型裝配體組成的面包圈形的一個大型裝置。在聚變反應(yīng)正常進行的情況下,中子屏蔽層浸泡在真空室的冷卻水中,主要受到來自真空室內(nèi)殼內(nèi)部包層和外殼外部冷屏傳來的熱量,另外還有烘烤過程的傳熱分析。然后得到中子屏蔽塊的溫度分...

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學位級別】：碩士

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摘要
Abstract
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1 緒論
    1.1 人類能源的使用與發(fā)展
    1.2 核聚變的研究現(xiàn)狀及發(fā)展
        1.2.1 國際熱核聚變的研究和發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)核聚變事業(yè)的發(fā)展概況
    1.3 磁約束裝置的產(chǎn)生及發(fā)展過程
        1.3.1 托卡馬克的由來
        1.3.2 ITER的發(fā)展及簡介
        1.3.3 ITER研究的意義
    1.4 課題的來源、主要的研究內(nèi)容及意義
        1.4.1 本課題來源
        1.4.2 課題研究的主要內(nèi)容
        1.4.3 本課題的意義
2 中子屏蔽層的結(jié)構(gòu)設(shè)計與設(shè)計依據(jù)
    2.1 中子屏蔽層的設(shè)計概念及設(shè)計準則
        2.1.1 屏蔽層的概念設(shè)計
        2.1.2 屏蔽層結(jié)構(gòu)的設(shè)計準則
    2.2 中子屏蔽層的初始設(shè)計
        2.2.1 中子屏蔽結(jié)構(gòu)材料的選擇
        2.2.2 屏蔽層結(jié)構(gòu)厚度的確定
        2.2.3 組件實體結(jié)構(gòu)的設(shè)計結(jié)果介紹
    2.3 中子屏蔽塊各組件的詳細設(shè)計
        2.3.1 屏蔽板結(jié)構(gòu)形狀
        2.3.2 托架結(jié)構(gòu)形狀
        2.3.3 墊片結(jié)構(gòu)形狀
        2.3.4 墊圈結(jié)構(gòu)形狀
        2.3.5 螺栓結(jié)構(gòu)形狀
    2.4 屏蔽塊的結(jié)構(gòu)組裝
    2.5 本章小結(jié)
3 中子屏蔽結(jié)構(gòu)的熱載計算及傳熱機理
    3.1 傳熱學的基本原理和應(yīng)用簡介
    3.2 傳熱分析的必要性
    3.3 屏蔽結(jié)構(gòu)的熱源載荷
        3.3.1 工況前熱載——烘烤
        3.3.2 工況時熱源載荷
    3.4 屏蔽結(jié)構(gòu)的傳熱機理
    3.5 本章小結(jié)
4 中子屏蔽塊的傳熱分析前處理
    4.1 有限元方法的說明及軟件簡介
        4.1.1 有限元的定義與使用
        4.1.2 軟件Ansys基本簡介
    4.2 建立有限元模型
        4.2.1 幾何模型的建立
        4.2.2 簡化模型的處理
        4.2.3 建立模型元素組件
        4.2.4 有限元模型及其相關(guān)參量
    4.3 單元類型及材料的相關(guān)屬性
        4.3.1 單元類型
        4.3.2 材料屬性
    4.4 本章小結(jié)
5 ITER真空室中子屏蔽塊的傳熱分析
    5.1 內(nèi)部直線區(qū)域模塊的傳熱分析
        5.1.1 內(nèi)部區(qū)域模型的加載情況
        5.1.2 內(nèi)部區(qū)域模型傳熱分析結(jié)果
    5.2 外部區(qū)域模塊的傳熱分析
        5.2.1 外部區(qū)域模型的加載情況
        5.2.2 外部區(qū)域模型的傳熱結(jié)果
    5.3 中子屏蔽塊的熱-結(jié)構(gòu)耦合分析
        5.3.1 預緊力邊界條件對模型的要求
        5.3.2 預緊力的計算結(jié)果
        5.3.3 中子屏蔽結(jié)構(gòu)塊的熱-結(jié)構(gòu)耦合的邊界約束及分析結(jié)果
    5.4 中子屏蔽塊的烘烤分析
        5.4.1 烘烤分析的邊界條件及約束
        5.4.2 烘烤分析的結(jié)果
    5.5 本章小結(jié)
6 總結(jié)與展望
    6.1 論文總結(jié)
    6.2 工作展望
參考文獻
致謝
作者簡介及讀研期間主要科研成果



本文編號：3911114