顆粒流靶傳熱問題研究與設(shè)計.pdf

1、靶裝置是一類用途廣泛的科學(xué)研究裝置，為了滿足科學(xué)技術(shù)進步對實驗條件提出的越來越高的要求，對于能夠承受高功率靶裝置的需求也越來越迫切。本工作以加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)項目為基礎(chǔ)對于一種新型靶的傳熱流動問題及設(shè)計進行了研究。
　　這一新型靶方案采用顆粒作為靶材料，通過顆粒在重力作用下的密相流動將沉積在靶材料中的束流能量進行移除，因而稱為DGT(Dense Granular flow Target)，目前研究認為這種靶方案在高溫耐受、材料相

2、容、運行可靠性與穩(wěn)定性等方面具備更好的性能，并且有望實現(xiàn)更高的束流作用功率。
　　顆粒材料之所以能夠作為靶材料使用，是與其傳熱特性分不開的，但顆粒材料的傳熱過程較為復(fù)雜，存在多種機制并存的過程。本文第二章通過對于顆粒材料傳熱實驗與理論研究較為系統(tǒng)的回顧，闡述了影響顆粒體系傳熱的因素以及熱傳導(dǎo)系數(shù)計算的方法。這一部分工作為顆粒在作為靶材料應(yīng)用時的設(shè)計選擇與性能評估提供了基礎(chǔ)依據(jù)。
　　與液態(tài)金屬靶豐富的設(shè)計運行經(jīng)驗不同，使用顆

3、粒材料作為傳熱工質(zhì)的靶裝置盡管在理論上是可行的，但在具體的實施上仍需要很多工作。而決定靶裝置能否有效實施的重要一方面是實際設(shè)計結(jié)構(gòu)情況下的流動傳熱相關(guān)問題，本文中所闡述的內(nèi)容正是本人對這一問題的工作。對于這一問題的研究不僅需要對于個別物理問題的模擬研究，同樣需要建立研究裝置的實驗支持，因而通過計算、實驗、模擬等方法對一種顆粒流靶設(shè)計方案中主要的流動傳熱問題和相關(guān)裝置的設(shè)計方法做出了研究，將這一靶與另一種受到廣泛研究的無窗靶結(jié)構(gòu)進行了對比

4、。對博士期間的原創(chuàng)性工作，本文主要從：顆粒流靶性能需要考察的關(guān)鍵流動傳熱問題研究（第三章），初步驗證性裝置的系統(tǒng)設(shè)計與裝置搭建運行（第四章），以及無窗流體靶設(shè)計問題及其與顆粒流靶的對比（第五章）進行了闡述。
　　在關(guān)鍵問題的研究方面，本工作主要著眼于靶段設(shè)計對于總體流量的影響、靶段顆粒的堆積狀態(tài)、束流作用區(qū)域的顆粒流動狀態(tài)等方面。通過研究結(jié)論對于靶運行狀態(tài)的支持，建設(shè)了與電子束耦合的顆粒流靶完整循環(huán)回路。這一循環(huán)回路實現(xiàn)了循環(huán)穩(wěn)定

5、運行，并與束流沉積模擬預(yù)測得到的熱效果相符合。為了進一步闡明這一靶設(shè)計的熱耦合與流動特點，將這一靶裝置與液態(tài)金屬靶裝置在熱耦合區(qū)域流動與設(shè)計方法等方面進行了比較。
　　研究結(jié)論表明，DGT方案以流動顆粒材料作為靶的工質(zhì)材料是能夠勝任靶系統(tǒng)所需要的載熱傳熱需求的。從對于裝置性能起到重要影響的束流耦合區(qū)域流動傳熱層面而言，顆粒物質(zhì)相比于傳統(tǒng)的液態(tài)金屬更易于實現(xiàn)，并在流動和傳熱的穩(wěn)定性方面有一定的優(yōu)勢。同時，針對項目需求和研究需要，在研