环向流对EAST等离子体平衡以及理想气球模增长率的影响

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hermitjin
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
托卡马克是实现可控热核聚变最有希望的一种磁约束聚变装置。托卡马克等离子体平衡问题是聚变等离子体科学中最基本也是最重要的问题之一。托卡马克等离子体平衡不仅直接影响等离子体中各种物理过程如磁流体不稳定性、加热加料和输运等,也为运行模式选择和等离子体控制提供了依据。因此,它是所有托卡马克实验数据分析和理论模拟研究必不可少的物理量。托卡马克等离子体平衡一般通过结合实验诊断数据,然后求解Grad-Shafranov方程得到。在最近二十年来,实验研究发现,托卡马克等离子体广泛地存在着等离子体流,同时并对该流的影响也进行了广泛的理论和实验研究。流对托卡马克等离子体平衡以及磁流体力学不稳定性的影响是目前托卡马克等离子体物理的前沿研究课题之一。但之前研究流对等离子体磁流体不稳定性的工作,仅在描述托卡马克等离子体扰动量变化(一阶项)的磁流体方程中考虑等离子体流的贡献,忽略了流对零级项如等离子体平衡的影响,因此这种研究方法是不自洽的。本论文主要工作为通过求解含流Grad-Shafranov方程来得到等离子体平衡,然后在这种包含了流影响的等离子体平衡下,利用磁流体模拟程序BOUT++研究EAST等离子体中流对气球模不稳定的影响。论文首先通过数值求解柱坐标系下的含流Grad-Shafranov方程,研究了固定边界条件下的EAST中环向流对等离子体平衡位形的影响。结果表明对于典型EAST运行参数,等离子体流会导致磁面或磁轴、压强、密度、电流密度、以及它们的梯度剖面的峰值向低场侧偏移。当环向流马赫数超过0.2时,这种偏移会变得非常显著。等离子体平衡的这种改变,可对等离子体磁流体不稳定性产生影响。研究还发现在一些特定参数情况下,流对EAST平衡位形产生严重影响,进而影响EAST运行。例如在低约束模式低电流参数下,Grad-Shafranov方程中,流产生的惯性项与压力项、洛伦兹力可比,导致磁拓扑结构发生改变,等离子体电流产生反转。这种位形下可产生一些宏观等离子体磁流体不稳定模,使得等离子体的输运和约束变差。另外对于电流反转平衡或多磁岛平衡,流也可能导致多磁岛结构的改变,从而影响托卡马克的输运和约束。这个结论对托卡马克交流运行的探讨具有参考意义。接下来利用Bout++程序,结合含流Grad-Shafranov数值解,分析了流对气球模增长率的影响。模拟结果表明:环向流可通过改变平衡位形,安全因子以及压强梯度来影响气球模的不稳定性。对于刚性流,如果不考虑流对平衡的影响,流对气球模的增长率几乎没影响。当考虑流对平衡的影响时,气球模的增长率在高模数下会有显著减小。对于剪切流,当考虑了环向流对平衡影响时,高模数模增长率被进一步降低,如对于环向模数n=60的模,相比仅考虑流对扰动流体方程的贡献时,模增长率在强剪切下可以被降低84%。流同时也会影响模结构。对于刚性流,如仅在扰动流体方程中考虑流的影响,模结构与不考虑流影响结果相比改变不大。当考虑流对平衡的影响时模结构发生了扭曲拉伸。如同时考流对扰动流体方程的贡献时,模结构的扭曲拉伸更为强烈。可以预料由于流对高模数的模很强的致稳作用,在不稳定模发展到非线性阶段时,扰动谱也会有变化。这可能将影响湍流输运过程。因此考虑流对气球模不稳定性的影响,必须包括流对平衡产生的影响。
其他文献
近年来,随着区块链技术日趋成熟,其在金融服务、资源共享、贸易管理等领域受到了越来越多的关注。但是,当前区块链技术的一个缺陷就是交易吞吐率低,不能很好的支持高并发的应用场景。目前针对该问题的研究主要集中在设计优化区块链网络框架、设计改进共识协议或应用其它新技术等方面。本文将从区块链节点部署的角度提高开源区块链框架Fabric的吞吐率。首先,本文针对Fabric区块链框架中的事务处理流程,提出了通过合
互联网信息持续快速增长,以搜索引擎为代表的网络信息检索方式已不满足用户需求,推荐算法及系统在电商、娱乐、新闻等等行业已获得广泛关注和应用。近年来,在经典的基于内容的推荐算法、基于用户的协同过滤推荐算法和基于项目的协同过滤推荐算法的基础上,学者们提出了许多新的推荐算法,包括隐语义模型LFM(Latent Factor Model)、奇异值分解SVD(Singular Value Decomposit
随着人类工业化进程的发展,对于能源的需求也越来越大。传统化石能源的大量开采,造成的环境污染和能源短缺危机已经威胁到人类的健康和生存。发展二次电池是解决这些问题一种有效的方法。钠离子电池因其资源丰富,价格低廉,引起人们越来越多的关注。但是,钠离子的半径要远大于锂离子的半径,同时低功率密度和较差的循环性能使得开发高性能负极材料成为钠离子电池研究的重点。过渡金属氧化物可通过转化反应嵌入Na+,在过渡金属
锂离子电池的发展与迭代始终离不开负极材料的研究,目前在商业领域主要使用的负极活性材料是石墨类碳材料,无法避免的问题是理论容量较低(372 m Ah g-1),因此对于负极材料的研究亟待解决的问题是如何提升容量。红磷具有极高的理论比容量(2596 m Ah g-1),而且储量十分丰富,因此成为锂离子电池负极活性材料的理想选材之一。但是红磷导电性较差(≈10-12 S m-1)和循环过程中体积膨胀巨大
历史上德国在欧洲舞台一直扮演着关键性的角色。20世纪90年代初,冷战结束、德国重新统一,在这一历史背景之下,“文明力量”作为指导德国国家角色定位和外交政策走向的理论应运而生。该理论受到联邦德国政治文化——“克制文化”的影响,反映了德国对国际形势和外交政策的反思与探索,在理论上属于建构主义的角色分析模式。“文明力量”理论从诞生起就是专门用来描述德国外交政策的理论。本文首先对“文明力量”理论的产生、核
高能反向粒子流是强流离子源运行过程中不可避免的难题,而未来聚变反应需要更高功率和更长脉宽的中性束,因此高能反向粒子流是强流离子源大功率长脉冲运行的研究重点之一。本论文主要从理论出发,分析了高能反向粒子流产生的物理机制,并基于强流离子源实验平台开展高能反向粒子流的实验研究,基于诊断手段进行了高能反向粒子流的热沉积分布等分析,开展强流离子源反向粒子流的特性研究,继而开展抑制反向粒子流危害的优化方法研究
在过去的几十年,均相催化剂因其具有优良的催化活性、反应选择性、较少副反应,在化学中应用十分广泛,但均相催化剂存在难以从反应体系中分离,不易回收且催化剂难以实现循环利用,对环境造成较大威胁。为了解决均相催化剂对环境所造成的污染问题,化学工作者提出了负载型催化体系,制备出多相催化剂以减少此类问题。因此多相催化剂慢慢地被科学家所发现。多相催化剂与反应底物易分离,且具有回收循环再使用等众多优点,所以,将均
偏滤器靶板热负荷是关系到未来聚变堆稳态运行的一个重要问题。偏滤器靶板的热负荷由边界等离子体的行为决定。边界等离子体的数值模拟可以更好地理解边界等离子体行为,从而可以更加深入地研究偏滤器靶板热负荷问题。等离子体/中性粒子流体输运程序SOLPS是一个被广泛用于托卡马克边界等离子体(包括最外层闭合磁面之内的部分区域,刮削层(SOL)以及偏滤器区域)模拟的程序包。由于SOLPS中的粒子输运系数Dr,电子热
实现氚自持是中国聚变工程试验堆(CFETR)的核心目标之一,为了实现氚自持,CFETR的设计要求氚燃烧率大于3%,同时要确保1GW的聚变输出功率。本文应用OMFIT框架下的集成模拟工作流STEP评估了为同时达到上述两个目标,所需的弹丸加料参数。为此,需要基于弹丸消融和沉积物理模型准确计算弹丸的消融率和沉积剖面。本文基于Parks发展的最新消融模型给出的消融率定标率计算弹丸消融率,并对其进行了改进,
随着建筑顺应时代的发展趋势,各种建筑的新思想在不断涌现,而建筑设计的关注对象或参与对象始终脱离不开人这一因素,即建筑的使用者。回顾上个世纪的建筑思潮,以阿尔多·凡·艾克为首的结构主义的理念发展与实践者在荷兰涌现,他们关注战后城市的大量人口的居住问题,提出了一系列以人和关系的概念为主的建筑观念,从事物的整体与局部、人的个体与集体的双重身份出发,对建筑进行空间的探讨和实践。许多建筑师和学者从对荷兰结构