高温氦气实验回路概念设计与数值分析

论文摘要

ITER实验包层概念将是未来聚变反应堆实现氚自持、高热量提取并转化为电能的重要实验平台,同时也将为今后建造DEMO堆包层技术提供可靠的数据依据。ITER作为发展聚变能源的一个重要实验平台,参与国都在该装置上进行相关的技术实验。为此,中国于2004年底向TBWG提交了《中国ITER固态实验包层模块（HC-SB TBM）的设计描述文件（简称DDD报告）》。目前,HC-SB TBM的相关设计、技术研发正在执行中。在ITER运行的第一天,用于电磁性能测试的第一个实验包层模块（EM-TBM）也将在ITER上投入实验运行,为了验证中国ITER-TBM设计可靠性,需要建设一套符合设计要求和参数的高温氦气实验回路（High Temperature Helium Experiment Loop, HTHEL）来进行相关技术的实验。本文在对国内外氦气实验回路调研的基础上,根据TBM设计实验的目标提出了高温/高压氦气实验回路的概念设计,分别对氦冷主回路系统、压力控制系统、水冷系统、氦气净化系统、数据采集与监控等系统的设计和各系统中的各关键部件的特性进行了描述。回热器是回路中的关键部件。根据其气—气换热的特性,设计中采用高效紧凑的翅片式结构换热器,并对其进行了热力设计与数值分析,分析结果表明板束承受的热应力在许用范围之内。本文选用专门的管道分析软件对关键管系应力情况以及管道对风机进出口管嘴的受力情况进行了计算、分析,并对管系的设计进行了改进,结果表明改进后的管系设计强度满足要求,其应力情况和对风机的影响均在允许范围内。文中对回路的运行及安全进行了论证,文章最后总结了本文研究的主要内容,并对进一步的工作提出了建议。本文的设计、计算、分析对今后的详细设计和工程设计具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文研究内容与目标
• 2 高温氦气实验回路概念设计
• 2.1 设计目标及要求
• 2.2 概念设计
• 2.3 系统部件描述
• 3 回热器热力设计与数值模拟
• 3.1 回热器参数描述与选型依据
• 3.2 回热器热力计算及结果
• 3.3 板束结构的热应力分析
• 3.4 本章小结
• 4 关键管系数值模拟与风机管嘴校核
• 4.1 关键管系数值模拟与应力分析
• 4.2 风机管嘴模拟计算与校核
• 4.3 调整后的管系应力校核
• 4.4 本章小结
• 5 氦气实验回路的运行与安全
• 5.1 回路的运行
• 5.2 系统安全
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 今后工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 作者在攻读硕士学位期间发表的论文