CFETR氦冷固態(tài)包層熱工水力分析及優(yōu)化.pdf

1、能源與環(huán)境問題是影響人類社會發(fā)展的關鍵，聚變能作為解決能源問題的可能途徑之一，具有燃料供應充足、熱值高、放射性低、環(huán)境友好等優(yōu)點，聚變能因其清潔性、安全性及可再生性受到廣泛關注。
　　CFETR是參考國內現(xiàn)有托卡馬克和ITER技術基礎設計和建造的一個聚變工程實驗堆。它介于ITER與聚變示范堆之間，旨在基于ITER等離子體物理和聚變技術基礎，驗證聚變堆的工程實現(xiàn)具體技術，是聚變能走向商用的關鍵一步，對中國聚變能商業(yè)化應用具有重大意義

2、。
　　包層是聚變能走向實際應用的核心載體，其主要功能:氚增殖，維持聚變堆反應所需的氚，實現(xiàn)氚自持;能量增殖，將聚變產生的能量轉換為可利用的熱能或者電能等;輻射屏蔽，減少放射性物質的擴散，保護磁體材料等，包層性能是聚變堆設計的重要依據(jù)，其系統(tǒng)安全性是未來聚變堆能否可靠運行的決定性因素之一。
　　本文CFETR氦冷固態(tài)包層為研究對象，基于計算流體力學理論，結合有限元分析、流固耦合分析方法，采用ANSYS CFX和ANSYS W

3、orkbench軟件中的StaticStructure模塊對CFETR氦冷固態(tài)包層第一壁和增殖單元進行了流固耦合分析及應力分析，并根據(jù)模擬結果進行了第一壁及增殖單元的優(yōu)化設計及驗證分析。
　　首先，根據(jù)計算流體力學、有限元方法及耦合原理建立了數(shù)學模型;然后，結合CFETR氦冷固態(tài)包層功能及其設計特點，運用CATIA建模軟件建立了符合實際的分析模型;其次，運用ANSYS CFX對增殖包層冷卻結構進行流固耦合分析得到了第一壁、增殖單元

4、的溫度分布、冷卻劑的流場分布規(guī)律;最后，使用ANSYSWorkbench軟件，將前面得到的結構材料的溫度分布作為邊界條件對冷卻結構進行應力分析，得到包層冷卻結構的應力分布。
　　基于分析數(shù)值模擬結果，結合CFETR氦冷固態(tài)包層設計要求和已有的經驗數(shù)據(jù)，優(yōu)化設計了第一壁及增殖單元且驗證了優(yōu)化方案的合理性、可靠性。為CFETR氦冷固態(tài)包層優(yōu)化設計提供了數(shù)據(jù)支持及參考，對CFETR氦冷固態(tài)包層工程設計的進一步完善具有重要意義和應用價值。