ITER中子屏蔽層結(jié)構(gòu)的傳熱機(jī)理研究與分析.pdf

1、國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆ITER計(jì)劃是—個國際科研合作項(xiàng)目，其目的是為了建造一個大型的超導(dǎo)托卡馬克，通過科學(xué)和技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)核聚變能的和平利用。中子屏蔽塊是ITER真空室中子屏蔽層的基本組成單元，由多個組件裝配而成，用于屏蔽聚變反應(yīng)中產(chǎn)生的中子流。在聚變反應(yīng)工況下，中子屏蔽塊受到輻射和熱流高溫影響會產(chǎn)生熱應(yīng)力。為得到在聚變反應(yīng)工況下中子屏蔽塊的溫度分布，本文使用Ansys軟件對中子屏蔽塊進(jìn)行傳熱分析，在分析過程中主要有熱生率的變化函數(shù)、冷

2、卻水和屏蔽塊的對流換熱、包層和冷屏的輻射等邊界條件。分析結(jié)果對比材料的物理屬性，中子屏蔽塊的溫度變化在其材料的屬性要求范圍之內(nèi)，滿足材料的耐熱性能要求。
　　本課題來源于:國際合作項(xiàng)目“ITER裝置真空室中子屏蔽層的設(shè)計(jì)與研究”(FrameworkcontractITER/CT/09/6000000003)
　　真空室內(nèi)的中子屏蔽層是—個由8600塊小型裝配體組成的面包圈形的—個大型裝置。在聚變反應(yīng)正常進(jìn)行的情況下，中子屏蔽

3、層浸泡在真空室的冷卻水中，主要受到來自真空室內(nèi)殼內(nèi)部包層和外殼外部冷屏傳來的熱量，另外還有烘烤過程的傳熱分析。然后得到中子屏蔽塊的溫度分布情況，以及熱-結(jié)構(gòu)耦合對螺栓防松以及本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度產(chǎn)生的重要影響。
　　本論文的研究內(nèi)容:首先介紹了真空室中子屏蔽層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)依據(jù)，還有中子屏蔽層的設(shè)計(jì)概念以及初始設(shè)計(jì)情況;然后對傳熱學(xué)的基本理論和應(yīng)用以及中子屏蔽層的熱載荷進(jìn)行說明，同時還闡述了中子屏蔽層的傳熱機(jī)理;再者介紹了中子屏蔽塊模

4、型的前處理過程，包括建模、材料選擇、單元選擇、屬性等等。最后再分別選出中子屏蔽層的內(nèi)外區(qū)域進(jìn)行傳熱分析，并選擇一普通塊進(jìn)行熱-結(jié)構(gòu)耦合分析和烘烤分析。本文目的是先以中子屏蔽層的一部分區(qū)域塊為模型樣例，對中子屏蔽層結(jié)構(gòu)在由真空室內(nèi)殼受到的核熱進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析;再以中子屏蔽層中比較標(biāo)準(zhǔn)的一塊為基準(zhǔn)，對此屏蔽塊進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析，得到中子屏蔽塊在熱力工況下的溫度分布，然后綜合這些分析結(jié)果對中子屏蔽塊在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的影響，尤其是對螺栓的預(yù)緊防松以及結(jié)