基于一維和三維耦合模型的偏濾器烘烤過程熱應(yīng)力分析.pdf

1、偏濾器是托卡馬克裝置堆內(nèi)的重要部件，具有吸收真空室磁流分界面外的等離子體以避免第一壁燒蝕、去除聚變反應(yīng)的氦灰雜質(zhì)的作用。在托卡馬克裝置運行前，需要對偏濾器進(jìn)行烘烤以去除表面附著的水分及氣體雜質(zhì)。但在烘烤過程中由于結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度梯度等因素的影響，偏濾器靶板內(nèi)部會產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。本文的主要目的是研究偏濾器在烘烤過程中的熱應(yīng)力情況，通過計算、分析不同烘烤速率下EAST、ITER兩種偏濾器的熱應(yīng)力，得到可以改善烘烤過程中熱應(yīng)力的最大烘烤速率。在

2、進(jìn)行熱應(yīng)力分析的過程中，為了對偏濾器管道內(nèi)的流動進(jìn)行簡化，本文發(fā)展了一種一維流動傳熱和三維導(dǎo)熱耦合計算的模型，并將該耦合模型初步用于偏濾器烘烤過程的熱應(yīng)力分析。對此，本文主要進(jìn)行了以下的工作:
　　(1)發(fā)展了一維流動傳熱計算模型，基于Fortran語言編寫了一維流動傳熱計算程序，該模型可以簡化偏濾器管內(nèi)流動傳熱計算。
　　(2)通過Scheme腳本實現(xiàn)了一維流動傳熱計算模型和Fluent三維導(dǎo)熱計算模型的耦合，并且與Flu

3、ent三維流動傳熱計算模型進(jìn)行了對比，驗證了耦合模型的準(zhǔn)確性。
　　(3)建立了EAST偏濾器的簡化模型，并對EAST偏濾器的烘烤過程進(jìn)行了分析，計算了不同烘烤速率下各個烘烤階段的溫度分布和熱應(yīng)力分布。計算結(jié)果顯示，EAST偏濾器靶板的熱應(yīng)力與溫度梯度有很大關(guān)系，在烘烤過程中受烘烤速率影響較大，減慢烘烤速率能夠顯著降低熱應(yīng)力，當(dāng)烘烤速率減少到0.001K/s時，熱應(yīng)力能夠滿足強度要求。
　　(4)建立了ITER偏濾器的簡化模

4、型，并對ITER偏濾器的烘烤過程進(jìn)行了分析，計算了不同烘烤速率下各個烘烤階段的溫度分布和熱應(yīng)力分布。結(jié)果顯示，當(dāng)ITER偏濾器的靶板和底板采用焊接等強約束的連接方式固定時會在烘烤過程中產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力，所以需要采用銷連接或其他的連接方式。當(dāng)靶板和底板采用銷進(jìn)行連接時，整體的應(yīng)力比焊接時要小很多，而且減慢烘烤速率能明顯降低烘烤過程中的熱應(yīng)力，當(dāng)烘烤速率低于0.1K/s后，溫度梯度對熱應(yīng)力的影響能夠降到較低的水平。此外，計算結(jié)果顯示，純銅中