ITER中子屏蔽層結構的傳熱機理研究與分析.pdf

1、國際熱核聚變實驗反應堆ITER計劃是—個國際科研合作項目，其目的是為了建造一個大型的超導托卡馬克，通過科學和技術手段來實現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，用于屏蔽聚變反應中產生的中子流。在聚變反應工況下，中子屏蔽塊受到輻射和熱流高溫影響會產生熱應力。為得到在聚變反應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行傳熱分析，在分析過程中主要有熱生率的變化函數、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，滿足材料的耐熱性能要求。
　　本課題來源于:國際合作項目“ITER裝置真空室中子屏蔽層的設計與研究”(FrameworkcontractITER/CT/09/6000000003)
　　真空室內的中子屏蔽層是—個由8600塊小型裝配體組成的面包圈形的—個大型裝置。在聚變反應正常進行的情況下，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殼內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-結構耦合對螺栓防松以及本身的結構強度產生的重要影響。
　　本論文的研究內容:首先介紹了真空室中子屏蔽層的結構設計和設計依據，還有中子屏蔽層的設計概念以及初始設計情況;然后對傳熱學的基本理論和應用以及中子屏蔽層的熱載荷進行說明，同時還闡述了中子屏蔽層的傳熱機理;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外區(qū)域進行傳熱分析，并選擇一普通塊進行熱-結構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，對中子屏蔽層結構在由真空室內殼受到的核熱進行穩(wěn)態(tài)熱分析;再以中子屏蔽層中比較標準的一塊為基準，對此屏蔽塊進行穩(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果對中子屏蔽塊在結構設計方面的影響，尤其是對螺栓的預緊防松以及結