聚變裝置灰塵遷移及其帶來的氫氣風(fēng)險(xiǎn)研究.pdf

1、國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）是一個(gè)托卡馬克裝置。在長期運(yùn)行條件下，在快速原子、離子的轟擊等作用下，ITER真空腔內(nèi)會(huì)積累大量灰塵。在事故條件下，灰塵懸浮遷移帶來的灰塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)以及灰塵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)帶來的氫氣風(fēng)險(xiǎn)會(huì)嚴(yán)重威脅ITER的安全運(yùn)行。
　　本課題采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法，從實(shí)驗(yàn)級(jí)和系統(tǒng)級(jí)兩個(gè)層次對(duì)聚變裝置灰塵的遷移分布特性及灰塵帶來的氫氣風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了數(shù)值研究，具體包括以下四個(gè)方面：
　　（1）建立了基于STARDUST實(shí)驗(yàn)

2、裝置的灰塵遷移計(jì)算模型，對(duì)灰塵物性以及障礙物對(duì)灰塵遷移特性的影響進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：當(dāng)灰塵密度、粒徑越小時(shí)，灰塵與氣體的運(yùn)動(dòng)軌跡就越接近；當(dāng)障礙物的存在阻擋了氣流對(duì)灰塵的直接沖擊時(shí)，就會(huì)極大地限制灰塵的遷移。
　　（2）建立了基于ITER裝置的灰塵分布計(jì)算模型，分析了失真空事故（LOVA）條件下灰塵在ITER裝置內(nèi)的分布特性，結(jié)果表明：截面位置處灰塵體積分?jǐn)?shù)的平均值，隨著截面高度的增加先降低后趨于穩(wěn)定；截面位置處灰塵體積分?jǐn)?shù)的平

3、均值，隨著時(shí)間推移先升高后趨于穩(wěn)定；當(dāng)達(dá)到空氣的最大夾帶能力之后，繼續(xù)增加灰塵的質(zhì)量，并不會(huì)明顯改變灰塵的空間分布。
　?。?）建立了基于LSGMF裝置的多組分氣體混合特性計(jì)算模型，研究了氫氣的混合行為，并計(jì)算分析了氮?dú)夂退魵鈱?duì)氫氣風(fēng)險(xiǎn)的惰化緩解效果，得到以下結(jié)論：當(dāng)通過減小噴嘴管徑而增大入口流速時(shí)，氦氣的濃度分布是相似的；當(dāng)增大入口流量時(shí)，氮?dú)鈱?duì)氫氣風(fēng)險(xiǎn)的緩解效果得到改善；不同注入方位條件下，氮?dú)鈱?duì)氫氣風(fēng)險(xiǎn)的緩解效果具有明顯的

4、局部差異性；在相同質(zhì)量流量條件下，與氮?dú)舛杌啾?，水蒸氣惰化?duì)氫氣風(fēng)險(xiǎn)的緩解效果更好。
　?。?）針對(duì)“Wet bypass”事故序列，對(duì)不同產(chǎn)氫速率，不同冷卻劑破口流量工況條件下的ITER真空室內(nèi)的氫氣風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：破口冷卻劑流量的增大會(huì)對(duì)氫氣風(fēng)險(xiǎn)起到緩解作用，而產(chǎn)氫速率的增大對(duì)氫氣風(fēng)險(xiǎn)的影響則需要綜合考量。
　　本課題的開展，將有助于加強(qiáng)對(duì) ITER裝置中灰塵安全問題的認(rèn)識(shí)，有助于今后相關(guān)消除或者緩解策略的制