论文部分内容阅读
中国聚变工程试验堆 CFETR(China Fusion Engineering Test Reactor)是一个正处于概念设计阶段的超导托卡马克试验堆,第一阶段目标是聚变功率达到50~200MW,聚变燃烧时间达到30~50%。装置大半径和小半径分别为5.7m和1.6m。为了有效地进行聚变堆自洽设计和堆芯参数的优化,进行CFETR系统设计软件的开发十分必要。CFETR系统设计软件主要包括了总体软件集成平台搭建、工程设计软件集成、物理设计软件集成及验证和堆芯参数优化。由物理设计为工程设计提供输入参数,由工程设计反馈物理设计的工程可行性,将各子系统的设计有机地联系在一起,相互之间多次迭代,最终实现自洽设计。真空室设计模块作为工程设计软件集成平台的一个子模块,其工程设计和分析功能的实现非常重要。真空室的设计是需要考虑多种综合因素,不仅包括真空室自身的材料选择、结构设计和工艺等因素,也包括磁体线圈布局等因素,其中任何一个因素的变化都可能会影响到其他因素的选择并会对真空室的整体性能造成影响,因此要对对真空室各种设计参数进行不断调整和优化,最终得到一个满意的设计结果。为了提高效率,节省计算资源,本文以CFETR系统集成设计平台为依托,设计并实现了真空室设计模块中的参数化分析功能。其主要目的是实现CFETR真空室初步模型的参数化建模与有限元分析,并运用成熟的全局和局部优化算法,根据有限元分析结果对真空室设计的关键几何参数做出一定范围内的优化,快速、高效地为真空室详细设计提供参考和支持。真空室参数化分析功能可实现真空室自动建模及与几何参数的迭代优化。并且做为系统集成设计平台的一部分,可以方便地与其他工程部件设计模块以及物理设计模块相交互,达到总体协同设计,避免出现数据不同步而导致的设计工作的浪费。而参数化分析模块的优化结果可以为后续详细的真空室设计提供大致的方向。文中利用该模块尝试对CFETR真空室的重量进行优化以降低成本,优化结果证明了模块的有效性和可行性。