李明健
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陈龙
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倪明玖
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张年梅
工程热物理学报
包层结构是国际热核聚变实验堆(ITER)中的重要组件,它的力学行为与磁 热-流-固多物理场的耦合效应密切相关.本文采用有限体积法和有限元方法,分析了磁场强度和流体入口速度对包层内流动传热效应和包层中流道插件(FCI)结构安全性的影响.对磁场效应的分析表明,虽然MHD效应对流体存在不利影响,但磁场效应引起的M型速度分布改变了流体的传热形式,可以增加流体出口平均温度,提高热效率;同时,射流可降低第一壁最高温度,减小FCI最大结构热应力.此外,磁场效应还降低了FCI的热膨胀趋势,使得侧壁和Hartmann壁的法向位移有所减小.对于入口流速的分析表明,当速度增加时,PbLi流体出口平均温度降低,使其热效率降低,但流道向氦气中的热泄露有所减少,增加了出口输出热功率.当速度超过0.06 m/s时,出口热功率占中子生成热功率的比例将稳定在85％左右,同时考虑到第一壁和FCI的结构安全性,入口速度选择在0.06～0.10 m/s间可使包层达到良好的传热性能和安全性能.
关键词:
多物理场
,
流道插件
,
传热
,
热应力
陈龙
,
张年梅
,
倪明玖
工程热物理学报
本文结合CFD与FEM方法,对国际热核聚变实验堆(ITER)的双冷锂铅(DCLL)包层进行了“磁-热-流-固”多物理耦合场的三维数值模拟.基于电势方法,采用PISO算法和相容守恒格式求解了包含Lorentz力的不可压Navier-Stokes方程.应用有限元方法分析了DCLL包层关键部件流道插件(FCI)在热场和磁场耦合作用下的热应力.利用多物理场的顺序耦合算法获得了在强磁场作用下,包层内金属流体的压力、速度和温度分布,研究了各种厚度和导电率的FCI对于包层内MHD效应和传热性能的影响.
关键词:
核聚变
,
FCI
,
多物理场耦合
,
MHD效应
,
热应力
