【摘 要】
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托卡马克是目前最有希望作为聚变能开发利用的聚变堆装置,由于磁约束氘氚核聚变要在一亿度高温条件下产生,聚变堆装置中除包层外的其他部件需要承受百兆瓦量级的热负荷,因此
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托卡马克是目前最有希望作为聚变能开发利用的聚变堆装置,由于磁约束氘氚核聚变要在一亿度高温条件下产生,聚变堆装置中除包层外的其他部件需要承受百兆瓦量级的热负荷,因此核聚变装置的热工水力系统是事关聚变装置安全运行的核心系统之一。核聚变装置的内部部件在装置运行时根据其材料、结构、焊接和安装特性,对内部部件的热负荷和温度控制都有严格的要求。为了给核聚变装置热工水力研究和工程设计提供借鉴经验,依托EAST托卡马克实验装置,选择适合于装置工程结构特点的热工水力分析方法和测量方法,对聚变实验装置的内部部件与流体输配管网进行整体和系统的热工水力研究。基于流动与传热理论,针对聚变实验装置,构建了内部部件冷却回路及外部流体输配管网热工水力分析方法(FRTHAM);搭建了 EAST热工水力测量系统,开展了内部部件与流体输配管网相关热工水力实验研究和性能分析,获得了一套与实验吻合较好的内部部件及流体输配管网热工水力模型和热工水力系统一体化工程设计方法,为未来核聚变装置热工水力系统设计提供了借鉴经验。偏滤器是磁约束核聚变装置中除包层外最重要的高热负荷部件,需要承受核聚变装置运行时非核能的高热负荷。模拟分析了近十年提出的静态磁位型偏滤器新概念中磁面展宽情况下,偏滤器靶板表面温度与热负荷的关系,评估了其热通量承载性能;针对中科院等离子体所提出的动态磁位型偏滤器——鱼尾偏滤器的热负荷承载性能进行了比较详细的模拟分析,鱼尾偏滤器更适合于未来聚变堆,对很窄的高强度热流,热流摆动模式能够较大幅度降低偏滤器靶板表面温度。模拟计算发现鱼尾偏滤器新技术,在百赫兹的热流摆动条件下,对边界局域模(ELM)所引起瞬态高热负荷具有较好的缓解能力。
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