基于一維和三維耦合模型的偏濾器烘烤過(guò)程熱應(yīng)力分析.pdf

1、偏濾器是托卡馬克裝置堆內(nèi)的重要部件，具有吸收真空室磁流分界面外的等離子體以避免第一壁燒蝕、去除聚變反應(yīng)的氦灰雜質(zhì)的作用。在托卡馬克裝置運(yùn)行前，需要對(duì)偏濾器進(jìn)行烘烤以去除表面附著的水分及氣體雜質(zhì)。但在烘烤過(guò)程中由于結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度梯度等因素的影響，偏濾器靶板內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。本文的主要目的是研究偏濾器在烘烤過(guò)程中的熱應(yīng)力情況，通過(guò)計(jì)算、分析不同烘烤速率下EAST、ITER兩種偏濾器的熱應(yīng)力，得到可以改善烘烤過(guò)程中熱應(yīng)力的最大烘烤速率。在

2、進(jìn)行熱應(yīng)力分析的過(guò)程中，為了對(duì)偏濾器管道內(nèi)的流動(dòng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，本文發(fā)展了一種一維流動(dòng)傳熱和三維導(dǎo)熱耦合計(jì)算的模型，并將該耦合模型初步用于偏濾器烘烤過(guò)程的熱應(yīng)力分析。對(duì)此，本文主要進(jìn)行了以下的工作:
　　(1)發(fā)展了一維流動(dòng)傳熱計(jì)算模型，基于Fortran語(yǔ)言編寫了一維流動(dòng)傳熱計(jì)算程序，該模型可以簡(jiǎn)化偏濾器管內(nèi)流動(dòng)傳熱計(jì)算。
　　(2)通過(guò)Scheme腳本實(shí)現(xiàn)了一維流動(dòng)傳熱計(jì)算模型和Fluent三維導(dǎo)熱計(jì)算模型的耦合，并且與Flu

3、ent三維流動(dòng)傳熱計(jì)算模型進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了耦合模型的準(zhǔn)確性。
　　(3)建立了EAST偏濾器的簡(jiǎn)化模型，并對(duì)EAST偏濾器的烘烤過(guò)程進(jìn)行了分析，計(jì)算了不同烘烤速率下各個(gè)烘烤階段的溫度分布和熱應(yīng)力分布。計(jì)算結(jié)果顯示，EAST偏濾器靶板的熱應(yīng)力與溫度梯度有很大關(guān)系，在烘烤過(guò)程中受烘烤速率影響較大，減慢烘烤速率能夠顯著降低熱應(yīng)力，當(dāng)烘烤速率減少到0.001K/s時(shí)，熱應(yīng)力能夠滿足強(qiáng)度要求。
　　(4)建立了ITER偏濾器的簡(jiǎn)化模

4、型，并對(duì)ITER偏濾器的烘烤過(guò)程進(jìn)行了分析，計(jì)算了不同烘烤速率下各個(gè)烘烤階段的溫度分布和熱應(yīng)力分布。結(jié)果顯示，當(dāng)ITER偏濾器的靶板和底板采用焊接等強(qiáng)約束的連接方式固定時(shí)會(huì)在烘烤過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力，所以需要采用銷連接或其他的連接方式。當(dāng)靶板和底板采用銷進(jìn)行連接時(shí)，整體的應(yīng)力比焊接時(shí)要小很多，而且減慢烘烤速率能明顯降低烘烤過(guò)程中的熱應(yīng)力，當(dāng)烘烤速率低于0.1K/s后，溫度梯度對(duì)熱應(yīng)力的影響能夠降到較低的水平。此外，計(jì)算結(jié)果顯示，純銅中