冷凍靶溫度場影響因素的數(shù)值模擬研究.pdf

1、慣性約束核聚變（ICF）能有可能成為未來的一種清潔的新型能源，而低溫冷凍靶則是ICF的理想靶型。為了實現(xiàn)激光慣性約束核聚變的成功點火，要求在靶丸內(nèi)形成均勻光滑的氘氚（DT）冰層，冰層的質(zhì)量主要取決于靶丸周圍的熱環(huán)境的影響。因此我們必須對靶丸周圍的溫度場分布進行嚴格的控制。本文以美國國家點火裝置（NIF）的點火靶為原型，利用計算機流體分析軟件Fluent，對影響靶丸溫度場均勻性的相關因素，以及溫度控制的相關問題進行了研究。
　　首先

2、對溫度傳感器的結構、布局以及材料對冷凍靶溫度場的影響情況進行了研究，結果表明，雖然溫度傳感器對冷凍靶溫度場有一定的影響，但是由于其既不是熱源也不是冷源，且與靶丸之間沒有直接傳熱關系，所以溫度傳感器對冷凍靶溫度場的影響可以忽略不計。
　　其次根據(jù)對冷凍靶柱腔結構的分析，研究了加熱器的結構和布局對冷凍靶溫度場的影響情況，數(shù)值模擬的結果表明，添加外部輔助加熱時，改善了柱腔腔體由于幾何結構造成的靶丸周圍溫度場的非球星對稱，可以有效的提高冷

3、凍靶溫度場的均勻性，降低靶丸表面的最大溫差；通過在腔體外上、下分別添加600W/m2、700W/m2的熱流密度時，此時腔體內(nèi)的氣體流速最小為0.516mm/s，減少了腔內(nèi)自然對流的影響，因此能夠得到更加均勻的溫度場。
　　本文還對冷凍靶超低溫冷鏈的溫度分布規(guī)律及其隨時間的變化規(guī)律進行了研究，結果表明：從冷頭開始制冷，到冷凍靶整體溫度達到平衡所需要的時間大約為40s，由于冷源傳導需要時間，靶丸的溫度會先升高再降低最終達到平衡。分析了

4、硅冷卻臂和鋁套筒之間的熱阻影響，得到了隨著熱阻的增加，冷凍靶溫度場的整體溫度也會增加，黑腔內(nèi)氣體對流加強，冷凍靶靶丸內(nèi)外表面最大溫差增加。
　　最后研究了均勻與非均勻冰層對溫度場的影響情況。得到了均勻冰層的情況下，隨著冰層厚度的增加，靶丸內(nèi)表面最大溫差增大，均勻冰層的衰變熱Q越大，使得靶丸內(nèi)、外表面溫差升高；對于非均勻冰層，冰層沿徑向的水平偏移，會使冷凍靶溫度場更加不均勻。冰層的水平偏移產(chǎn)生的溫差并不會因為輔助加熱的緣由得到彌補，