CFETR水冷包层电磁结构耦合分析

利用软件Maxwell对中国聚变工程实验堆(CFETR)高场侧的水冷陶瓷增殖(WCCB)包层进行电磁分析,得到了包层在等离子体电流线性36ms衰减工况下产生的电磁载荷。采用载荷传递耦合法,结合软件ANSYS可得包层中产生的形变位移和等效应力。分析结果表明,WCCB包层中产生的最大等效应力符合设计要求,且形变位移均在许用范围之内,初步验证了包层结构设计的合理性。

CFETR氦冷陶瓷增殖包层在等离子体主破裂时的电磁结构耦合分析

增殖包层作为中国聚变工程实验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)的核心部件,承载着能量转换和氚增殖的重要作用。中国科学院等离子体物理研究所在之前增殖包层设计的基础上,又提出了氦冷陶瓷增殖(Helium Cooled Ceramic Breeder,HCCB)包层的概念设计。为评估电磁载荷对HCCB包层结构安全性的影响,借助通用有限元软件ANSYS,研究计算了在等离子体主破裂时包层中产生的感应涡流、洛伦兹力和力矩。通过多物理场耦合分析方法,获取了包层中产生的等效应力和形变位移。结果表明,在等离子体电流指数衰减时,HCCB包层模型上产生的最大等效应力和形变位移满足包层结构设计的要求,同时模拟分析结果也为未来的包层结构优化以及支撑结构设计提供了必要的数据支撑。

CFETR增殖包层极向分块对电磁载荷分布影响研究

中国聚变工程实验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)的增殖包层采用多模块的设计方案,即在环向和极向上由多个包层模块组成。当发生等离子体大破裂或垂直位移事件等电磁工况时,增殖包层上感应产生的巨大电磁载荷将共同作用于背板结构上,严重影响增殖系统的结构稳定性。为了研究增殖包层极向分块对背板电磁载荷分布的影响,使用通用有限元软件ANSYS,实现了一个具有36 ms指数电流猝灭的等离子大破裂工况模拟。首先系统评估了采用U型套管方式的氦冷陶瓷增殖(Helium Cooled Ceramic Breeder,HCCB)包层模块上的电磁力和力矩分布。然后详细比较不同极向分块形式对包层扇段电磁载荷分布的影响。研究结果表明:当高场侧包层模块位置和数目不变时,通过增加低场侧包层的极向分块数目,等离子体大破裂工况在低场侧包层上产生的电磁力和力矩均有所减少。对于高场侧包层,当低场侧包层极向分块增加时,径向方向的电磁力有稍微的增加,其他两个方向变化不明显。此外,随着极向分块数目的增加,高/低场侧包层扇段包层的总电磁力均表现出下降的趋势。