ITER屏蔽包层导流管管型分析及水力计算

论文摘要

在国际核聚变试验反应堆(ITER)中,屏蔽包层是其重要的组成部分,它的主要作用有二:一、屏蔽核聚变过程中产生的中子;二、排出核聚变所产生的热能沉积。在ITER运行过程中所产生的大量核聚变能量——约有80%左右都需要通过屏蔽包层中的冷却水带出到环境中去。因此,为了保证屏蔽包层能够得到均匀和充分的冷却,对屏蔽包层结构的合理性进行热工水力分析是十分必要的。在屏蔽包层中的结构具体到细部就是导流管,本文的主要内容就是基于计算流体力学(CFD)对导流管的不同改进管型进行数值模拟分析。文中首先对ITER的发展情况作了概述,接着叙述了ITER的主要构成部分以及引出本文课题所做部分——屏蔽包层的导流管,导流管和径向通道的壁面形成了一个环形的流通通道,这使得流通截面变小,大大提高了冷却水在里面的流通速度,增强了流体与壁面的换热。本文从导流管出发,提出了现有管型可能存在的问题,然后提出并实现了分析所选用的物理模型以及计算方法,最后通过对改动后不同管型的导流管与原管型进行数值模拟计算分析对比,做出相应结论。经过模拟和计算,可以得出结论:在所建模型以及相应网格的计算下,发现在导流器出口经过渐缩式改动之后流场的流动趋于平稳,减少了导流管内的能量消耗,增加了管内流速;对于不同类型的导流管而言,A类导流管与B类导流管应结合工质流动方向选用不同管型,B类导流管在流动时所产生的漩涡以及扰动比A类导流管更加强烈。总之,通过对改进方案的计算以及分析,发现将导流器出口改为渐缩型式在流场的稳定方面有着明显的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 ITER 的运行原理以及托卡马克（Tokamak）装置
• 1.3 课题研究时代背景与现实意义
• 1.4 ITER 计划的科学目标与研究现状
• 1.5 本论文所做的工作
• 2 屏蔽包层及其导流管
• 2.1 屏蔽包层
• 2.2 包层模块中的冷却流道
• 2.3 导流管
• 3 数值模拟中所应用的模型及相关方程
• 3.1 引言
• 3.2 基本计算方程和湍流模型
• 3.3 方程的离散
• 3.4 边界条件
• 3.5 小结
• 4 导流管的管型设计以及热工分析
• 4.1 引言
• 4.2 导流管模型的简化与生成
• 4.3 计算网格的划分
• 4.4 导流管管型的设计方案
• 4.5 边界条件
• 4.6 数值计算
• 4.7 计算结果与分析
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 对未来要做工作的展望
• 致谢
• 参考文献