邊界等離子體輸運模式的模擬研究.pdf

1、碩士學位論文邊界等離子體輸運模式的模擬研究SimulationResearchonPlasmaTransportationRegimeInanEdgeTokamakDivertor作者姓名：學科、專業(yè)：學號：指導教師：完成日期：割金運麴援20160524大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學碩士學位論文摘要為了使托卡馬克中的雜質(zhì)能夠順利地排出裝置，并實現(xiàn)其進一步的循環(huán)自持，針對偏濾器理論上的細化

2、研究與實驗上的合理控制是磁約束聚變裝置科研工作中極其重要的一項內(nèi)容。在偏濾器不同的運行模式下，托卡馬克裝置芯部和邊界處的等離子體都會呈現(xiàn)出不同的輸運狀態(tài)，類似于密度、溫度、速度與壓強等各個特性參數(shù)的變化規(guī)律也都有著明顯的差別。再者，邊界SOL區(qū)域作為連接芯部等離子體和器壁材料的過渡區(qū)域，其變化狀態(tài)直接影響著整個裝置的運行狀態(tài)，因而，對邊界等離子體行為特性的研究具有非常重要的意義。針對現(xiàn)階段托卡馬克裝置中邊界SOL區(qū)域等離子體的理論研究細

3、化不夠充分等問題，本篇碩士論文共分為四章內(nèi)容對邊界等離子體特別是偏濾器靶板附近的等離子體輸運特性進行分析研究。在第一章中，介紹研究的背景及意義，概括說明偏濾器的基本特性和不同運行模式之間的區(qū)別。在第二章中，對偏濾器靶板附近預鞘層的特性進行細化研究，得到了部分詳細的解析結果。具體的，以“兩點”模型為基礎，對其進行分析與模擬，特別是對馬赫數(shù)的模型進行了充分的分析與優(yōu)化，改進了整體的模型。分別分析了幾種對應于低再循環(huán)模式和高再循環(huán)模式下預鞘層

4、區(qū)域中各物理量的變化情況，模擬得到馬赫數(shù)的變化趨勢和解析解。低再循環(huán)模式下，馬赫數(shù)的變化從平緩到迅速，整體變化趨勢是單調(diào)的，到靶板處達到聲速。當粒子源與等離子體密度成零次冪時，粒子在所模擬的不同源項之中被加速的最慢：隨著等離子體密度冪次的升高，馬赫數(shù)的整體變化坡度越漸平緩，相同位置處的粒子被加速的越來越快，其加速區(qū)域越來越提前，整體移向上游區(qū)域。優(yōu)化后的模型與原模型的結果有著細微的差別，相同位置處的等離子體速度稍小。高再循環(huán)模式下，馬赫

5、數(shù)在靠近X點附近的上游區(qū)域幾乎是不變的，在靠近靶板附近的偏濾器區(qū)域會迅速上升，變化十分劇烈。與低再循環(huán)模式不同的是，反常輸運項對高再循環(huán)模式下的模型造成了不可忽略的影響，模型優(yōu)化以后，馬赫數(shù)的整體變化趨勢不變，但是相同位置處的等離子體速度變大，整體加速區(qū)域移向上游。在第三章和第四章中，根據(jù)偏濾器不同的運行模式，分別針對不同的邊界等離子體輸運模型進行細化、分析與優(yōu)化，通過無量綱處理各個方程的系數(shù)，數(shù)值模擬后得到更加細致的模型和結論。最后總