冷凍靶溫度場(chǎng)影響因素的數(shù)值模擬研究.pdf

1、慣性約束核聚變（ICF）能有可能成為未來(lái)的一種清潔的新型能源，而低溫冷凍靶則是ICF的理想靶型。為了實(shí)現(xiàn)激光慣性約束核聚變的成功點(diǎn)火，要求在靶丸內(nèi)形成均勻光滑的氘氚（DT）冰層，冰層的質(zhì)量主要取決于靶丸周?chē)臒岘h(huán)境的影響。因此我們必須對(duì)靶丸周?chē)臏囟葓?chǎng)分布進(jìn)行嚴(yán)格的控制。本文以美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置（NIF）的點(diǎn)火靶為原型，利用計(jì)算機(jī)流體分析軟件Fluent，對(duì)影響靶丸溫度場(chǎng)均勻性的相關(guān)因素，以及溫度控制的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了研究。
　　首先

2、對(duì)溫度傳感器的結(jié)構(gòu)、布局以及材料對(duì)冷凍靶溫度場(chǎng)的影響情況進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，雖然溫度傳感器對(duì)冷凍靶溫度場(chǎng)有一定的影響，但是由于其既不是熱源也不是冷源，且與靶丸之間沒(méi)有直接傳熱關(guān)系，所以溫度傳感器對(duì)冷凍靶溫度場(chǎng)的影響可以忽略不計(jì)。
　　其次根據(jù)對(duì)冷凍靶柱腔結(jié)構(gòu)的分析，研究了加熱器的結(jié)構(gòu)和布局對(duì)冷凍靶溫度場(chǎng)的影響情況，數(shù)值模擬的結(jié)果表明，添加外部輔助加熱時(shí)，改善了柱腔腔體由于幾何結(jié)構(gòu)造成的靶丸周?chē)鷾囟葓?chǎng)的非球星對(duì)稱(chēng)，可以有效的提高冷

3、凍靶溫度場(chǎng)的均勻性，降低靶丸表面的最大溫差；通過(guò)在腔體外上、下分別添加600W/m2、700W/m2的熱流密度時(shí)，此時(shí)腔體內(nèi)的氣體流速最小為0.516mm/s，減少了腔內(nèi)自然對(duì)流的影響，因此能夠得到更加均勻的溫度場(chǎng)。
　　本文還對(duì)冷凍靶超低溫冷鏈的溫度分布規(guī)律及其隨時(shí)間的變化規(guī)律進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：從冷頭開(kāi)始制冷，到冷凍靶整體溫度達(dá)到平衡所需要的時(shí)間大約為40s，由于冷源傳導(dǎo)需要時(shí)間，靶丸的溫度會(huì)先升高再降低最終達(dá)到平衡。分析了

4、硅冷卻臂和鋁套筒之間的熱阻影響，得到了隨著熱阻的增加，冷凍靶溫度場(chǎng)的整體溫度也會(huì)增加，黑腔內(nèi)氣體對(duì)流加強(qiáng)，冷凍靶靶丸內(nèi)外表面最大溫差增加。
　　最后研究了均勻與非均勻冰層對(duì)溫度場(chǎng)的影響情況。得到了均勻冰層的情況下，隨著冰層厚度的增加，靶丸內(nèi)表面最大溫差增大，均勻冰層的衰變熱Q越大，使得靶丸內(nèi)、外表面溫差升高；對(duì)于非均勻冰層，冰層沿徑向的水平偏移，會(huì)使冷凍靶溫度場(chǎng)更加不均勻。冰層的水平偏移產(chǎn)生的溫差并不會(huì)因?yàn)檩o助加熱的緣由得到彌補(bǔ)，