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Flow Field and Thermal Analysis of the Divertor Target Plate for HL-2A Tokamak
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作者 施乐 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2005年第5期2989-2993,共5页
In the initial phase of the physics experiment, the double-null divertor plates used consist of graphite armor tiles, Mo-alloy intermediate layers and Cu-alloy coolant tubes. In the later operating phase, tungsten wil... In the initial phase of the physics experiment, the double-null divertor plates used consist of graphite armor tiles, Mo-alloy intermediate layers and Cu-alloy coolant tubes. In the later operating phase, tungsten will be used as armor tiles. A multi-physical field numerical analysis method is used in this paper. Its analysis model reflects more realistically the real divertor structure than other models. Two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) fluid flow field, temperature distribution and thermal stress analyses of the divertor plates are carried out by the ANSYS code. During the physics experimental phase with a heat flux of 1 MW/m2, a coolant velocity of 5.48 m/s, and a thermal stress of 750 kg/cm2, the graphite armor tiles successfully meet the requirements of temperature, thermal stress and sputtering erosion. The tungsten armor will be considered as a second candidate. The result of simulation can be used for upgrading the design parameters of the HL-2A poloidal divertor. 展开更多
关键词 fluid flow field thermal stress computer simulation divertor target plate fluid calculation ANSYS code
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Conceptual design and heat transfer performance of a flat-tile water-cooled divertor target
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作者 Lei LI Le HAN +6 位作者 Pengfei ZI Lei CAO Tiejun XU Nanyu MOU Zhaoliang WANG Lei YIN Damao YAO 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第9期194-205,共12页
The divertor target components for the Chinese fusion engineering test reactor(CFETR)and the future experimental advanced superconducting tokamak(EAST)need to remove a heat flux of up to20 MW m-2.In view of such a hig... The divertor target components for the Chinese fusion engineering test reactor(CFETR)and the future experimental advanced superconducting tokamak(EAST)need to remove a heat flux of up to20 MW m-2.In view of such a high heat flux removal requirement,this study proposes a conceptual design for a flat-tile divertor target based on explosive welding and brazing technology.Rectangular water-cooled channels with a special thermal transfer structure(TTS)are designed in the heat sink to improve the flat-tile divertor target’s heat transfer performance(HTP).The parametric design and optimization methods are applied to study the influence of the TTS variation parameters,including height(H),width(W*),thickness(T),and spacing(L),on the HTP.The research results show that the flat-tile divertor target’s HTP is sensitive to the TTS parameter changes,and the sensitivity is T>L>W*>H.The HTP first increases and then decreases with the increase of T,L,and W*and gradually increases with the increase of H.The optimal design parameters are as follows:H=5.5 mm,W*=25.8 mm,T=2.2 mm,and L=9.7 mm.The HTP of the optimized flat-tile divertor target at different flow speeds and tungsten tile thicknesses is studied using the numerical simulation method.A flat-tile divertor mock-up is developed according to the optimized parameters.In addition,high heat flux(HHF)tests are performed on an electron beam facility to further investigate the mock-up HTP.The numerical simulation calculation results show that the optimized flat-tile divertor target has great potential for handling the steady-state heat load of 20 MW m-2under the tungsten tile thickness<5 mm and the flow speed7 m s^(-1).The heat transfer efficiency of the flat-tile divertor target with rectangular cooling channels improves by13%and30%compared to that of the flat-tile divertor target with circular cooling channels and the ITER-like monoblock,respectively.The HHF tests indicate that the flat-tile divertor mock-up can successfully withstand 1000 cycles of20 MW m-2of heat load without visible deformation,damage,and HTP degradation.The surface temperature of the flat-tile divertor mock-up at the 1000th cycle is only930℃.The flat-tile divertor target’s HTP is greatly improved by the parametric design and optimization method,and is better than the ITER-like monoblock and the flat-tile mock-up for the WEST divertor.This conceptual design is currently being applied to the engineering design of the CFETR and EAST flat-tile divertors. 展开更多
关键词 CFETR heat transfer performance parametric design and optimization HHF tests flat-tile divertor target
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Calculation of the heat flux in the lower divertor target plate using an infrared camera diagnostic system on the experimental advanced superconducting tokamak 被引量:5
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作者 Zhi-Xue Cui Xin Li +3 位作者 Shuang-Bao Shu Jia-Rong Luo Mei-Wen Chen Yu-Zhong Zhang 《Nuclear Science and Techniques》 SCIE CAS CSCD 2019年第6期63-69,共7页
During the discharging of Tokamak devices, interactions between the core plasma and plasma-facing components (PFCs) may cause exorbitant heat deposition in the latter. This poses a grave threat to the lifetimes of PFC... During the discharging of Tokamak devices, interactions between the core plasma and plasma-facing components (PFCs) may cause exorbitant heat deposition in the latter. This poses a grave threat to the lifetimes of PFCs materials. An infrared (IR) diagnostic system consisting of an IR camera and an endoscope was installed on an Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) to monitor the surface temperature of the lower divertor target plate (LDTP) and to calculate the corresponding heat flux based on its surface temperature and physical structure, via the finite element method. First, the temperature obtained by the IR camera was calibrated against the temperature measured by the built-in thermocouple of EAST under baking conditions to determine the true temperature of the LDTP. Next, based on the finite element method, a target plate model was built and a discretization of the modeling domain was carried out. Then, a heat conduction equation and boundary conditions were determined. Finally, the heat flux was calculated. The new numerical tool provided results similar to those for DFLUX;this is important for future work on related physical processes and heat flux control. 展开更多
关键词 EAST divertor target PLATE Infrared camera Heat FLUX Finite element analysis
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核聚变装置偏滤器靶板材料选择与研究进展
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作者 吴玉程 盛学洋 +3 位作者 马冰 王珊 张一帆 刘家琴 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期807-823,共17页
可控热核聚变能是人类最理想的清洁能源之一,是解决人类能源和环境问题的根本途径。目前,可控热核聚变能的发展面临诸多挑战,偏滤器靶板作为磁约束核聚变装置中的重要部件,其设计和制造是维持等离子体放电、实现核聚变反应堆稳定运行亟... 可控热核聚变能是人类最理想的清洁能源之一,是解决人类能源和环境问题的根本途径。目前,可控热核聚变能的发展面临诸多挑战,偏滤器靶板作为磁约束核聚变装置中的重要部件,其设计和制造是维持等离子体放电、实现核聚变反应堆稳定运行亟需解决的关键问题之一。作为等离子体轰击最严重区域,偏滤器靶板经受着高能粒子流辐照和高热负荷冲击(10 MW·m^(-2)稳态负荷和20 MW·m^(-2)瞬态负荷),同时承担着磁约束聚变装置最主要的排热功能。因此,研发具有优异性能的靶板材料是推动核聚变能发展的关键一步。目前,金属铍、碳基材料以及钨基材料是主要的3种偏滤器靶板候选材料。基于国内外现有研究成果,论述了偏滤器靶板材料的选择与研究进展,对比分析了3种候选材料的优势以及存在的问题,以期为偏滤器靶板材料的选择、研发提供借鉴。 展开更多
关键词 核聚变能 金属铍 碳基材料 钨基材料 偏滤器靶板材料
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Soret和Dufour效应耦合对HL-2A偏滤器靶板氘浓度与温度双扩散的影响
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作者 邵利华 刘泽康 +1 位作者 栗再新 才来中 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期367-372,共6页
在L/H模放电情况下,考虑Soret和Dufour效应耦合影响,用JD-CF程序研究了HL-2A偏滤器靶板中氘粒子浓度、温度、滞留量随时间变化影响。结果表明,在L/H模放电下,Soret和Dufour效应会对不同靶板材料(RAFM钢/钨)内不同位置处氘浓度分布、温... 在L/H模放电情况下,考虑Soret和Dufour效应耦合影响,用JD-CF程序研究了HL-2A偏滤器靶板中氘粒子浓度、温度、滞留量随时间变化影响。结果表明,在L/H模放电下,Soret和Dufour效应会对不同靶板材料(RAFM钢/钨)内不同位置处氘浓度分布、温度分布、氘滞留量产生一定影响,其最大变化率约为10%。在H模放电下Soret和Dufour效应对靶板的影响比在L模放电下的更明显,且对RAFM钢的影响比对钨的更明显。该研究结果对研究边缘等离子体输运、聚变堆燃料再循环、氚的滞留及投料量有一定参考价值。 展开更多
关键词 Soret效应 Dufour效应 偏滤器靶板 浓度扩散 温度扩散 JD-CF程序 HL-2A装置
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He冷偏滤器靶板的热应力分析和优化结构设计 被引量:2
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作者 邓培智 王岷 +2 位作者 邓柏权 黄锦华 严建成 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2002年第1期31-36,共6页
采用有限元计算程序COSMOS M HSTAR对氦冷复合偏滤器靶板的温度和应力分布进行了分析 ,对靶板结构作了初步的优化设计。
关键词 偏滤器靶板 应力分析 优化结构设计 温度分布 氦冷 HE
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偏滤器高热负荷材料研究 被引量:2
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作者 吴继红 张斧 +1 位作者 许增裕 严建成 《核科学与工程》 CSCD 北大核心 2003年第2期132-138,共7页
用热等静压焊接的方法对两种性能差异很大的金属材料钨和铜进行了成功的焊接。用SEM对断口和焊接界面在各种不同条件下焊接的性能作了对比分析。给出了两种样品的断裂特征和焊接过程中元素的扩散特点。钨和铜合金的结合主要是物理结合 ... 用热等静压焊接的方法对两种性能差异很大的金属材料钨和铜进行了成功的焊接。用SEM对断口和焊接界面在各种不同条件下焊接的性能作了对比分析。给出了两种样品的断裂特征和焊接过程中元素的扩散特点。钨和铜合金的结合主要是物理结合 ,是在高温高压下 ,材料表面微观的凹凸不平而产生的犬齿交合结合在一起的 ,扩散结合只占很少的部分。偏滤器靶板的寿命主要决定于靶板材料的热疲劳性能。在真空室中用大功率电子束作为热源进行了热疲劳试验。电子束的功率密度选为 9MW/m2 ,循环周期为 4 0s,冷却水流量为 80mL/s。用直径为 0 .3mm的NiCr NiSi热电偶测量了下材料表面的温度分布。结果发现 ,在冷却充分的情况下 ,表面最高温度约 4 0 0℃ ,钨铜焊缝处的平均最高温度约1 5 0℃。经过 1 0 0 0次的循环加热后 ,没有发现靶板材料出现破坏现象。对试验条件下的材料表面温度分布进行了计算机模拟计算。计算结果和试验测得的结果是相吻合的 。 展开更多
关键词 偏滤器 高热负荷材料 热等静压焊接 断裂 靶板 热疲劳性能 受控核聚变 等离子体
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影响HL-2M偏滤器靶板冷却性能的结构参数研究 被引量:3
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作者 卢勇 蔡立君 +3 位作者 黄运聪 刘健 刘雨祥 郑国尧 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期177-183,共7页
在石墨瓦和热沉板可达到的最高温度的优化目标下,基于热传导和对流换热方程,利用CFX软件采用单一参数分析的方法对HL-2M偏滤器石墨瓦厚度、热沉板内管道中心位置、管道直径、石墨瓦与热沉板接触热阻等关键结构设计变量进行了数值仿真及... 在石墨瓦和热沉板可达到的最高温度的优化目标下,基于热传导和对流换热方程,利用CFX软件采用单一参数分析的方法对HL-2M偏滤器石墨瓦厚度、热沉板内管道中心位置、管道直径、石墨瓦与热沉板接触热阻等关键结构设计变量进行了数值仿真及分析。研究结果表明:石墨瓦厚度为25mm时,HL-2M偏滤器冷却性能最佳;热沉板内管道中心离靶板表面越远,其热交换性能越差,且近似呈线性关系;热沉板内管道直径增大,对偏滤器冷却性能略有提高;石墨瓦与热沉板之间传热系数越大,偏滤器冷却性能有所改善,但对热沉板的热冲击越大。 展开更多
关键词 HL-2M偏滤器 偏滤器靶板冷却 传热结构优化
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自由表面液态锂偏滤器靶板物理过程研究 被引量:6
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作者 邓柏权 严建成 黄锦华 《核科学与工程》 CSCD 北大核心 2000年第4期373-384,共12页
本文建立了一种高温液态锂蒸发、锂蒸气云等离子体运动、它对入射等离子体粒子屏蔽和锂蒸气云等离子体内的光子辐射和输运的综合物理模型。导出了与温度相关的蒸发功率。研究了静态液态锂表面在 10MJ/m2 ,1ms高脉冲表面热负荷作用下考... 本文建立了一种高温液态锂蒸发、锂蒸气云等离子体运动、它对入射等离子体粒子屏蔽和锂蒸气云等离子体内的光子辐射和输运的综合物理模型。导出了与温度相关的蒸发功率。研究了静态液态锂表面在 10MJ/m2 ,1ms高脉冲表面热负荷作用下考虑蒸发和不考虑蒸发两种情况下靶板温升并作了比较。结果表明定常自由表面液态锂靶板也可以取出大量表面热负荷。最后计算了入射到偏滤器靶室中的高能α粒子和弱相对论性电子在锂蒸气云等离子体中的能量沉积。 展开更多
关键词 偏滤器 液态锂靶板 表面热负荷 锂蒸气云等离子体运动 聚变反应
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HL-2A偏滤器运行模式的探针测量 被引量:1
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作者 洪文玉 严龙文 +5 位作者 钱俊 潘宇东 罗萃文 徐征宇 潘莉 袁保山 《核聚变与等离子体物理》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第1期69-73,共5页
在HL 2A装置的偏滤器位形运行模式下,用偏滤器靶板上的平面型嵌入式静电探针阵列测量了同一环截面的内外和上下四个中性化板上的电子温度、密度、悬浮电位分布。偏滤器运行模式下的边缘电子温度高于孔栏运行模式下的边缘的电子温度。比... 在HL 2A装置的偏滤器位形运行模式下,用偏滤器靶板上的平面型嵌入式静电探针阵列测量了同一环截面的内外和上下四个中性化板上的电子温度、密度、悬浮电位分布。偏滤器运行模式下的边缘电子温度高于孔栏运行模式下的边缘的电子温度。比较了内外靶板之间的温度不对称性。给出了由18个米尔诺夫线圈信号重建获得的磁分界面,并用强磁场快速电离规测量了偏滤器室的中性气体压强变化。测量结果表明,在偏滤器运行模式下,主真空室中边缘粒子再循环降低,杂质通量水平下降。 展开更多
关键词 偏滤器 靶板 HL-2A装置 电子温度 悬浮电位 真空室 再循环 电离规 电探针 分界面
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大脉冲热负荷下HL-2A偏滤器靶板的热分析
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作者 邓柏权 严建成 +1 位作者 彭利林 程发银 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2001年第1期21-26,共6页
:HL 2A安装完成后 ,将以ASDEX最终的运行参数水平进行工程调试。本文研究了 ,在仅有欧姆加热和 3 5MW中性束注入条件下 ,当HL 2A发生大破裂不稳定性或巨ELMs爆发时 。
关键词 偏滤器板 破裂不稳定性 巨ETM爆发 HL-2A 温升 冷却时间 热分析 托马卡克 有水冷却 辐射冷却
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CFETR偏滤器靶板的概念设计与分析 被引量:1
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作者 刘秀 曹磊 +2 位作者 李磊 许铁军 姚达毛 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期81-86,共6页
基于以前的偏滤器研究,提出了中国核聚变工程实验堆(CFETR)偏滤器靶板的概念设计。在最差工况下进行的热工水力分析和力学分析表明,应力和温度都在允许范围内,验证了该设计模型的可靠性。该概念模型和对其所做的分析可以为以后的工程设... 基于以前的偏滤器研究,提出了中国核聚变工程实验堆(CFETR)偏滤器靶板的概念设计。在最差工况下进行的热工水力分析和力学分析表明,应力和温度都在允许范围内,验证了该设计模型的可靠性。该概念模型和对其所做的分析可以为以后的工程设计提供参考。 展开更多
关键词 偏滤器靶板 概念设计 热工水力分析 电磁力
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HL-2A装置偏滤器外靶板热负荷的红外测量
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作者 臧临阁 李伟 严龙文 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2009年第1期27-32,共6页
利用红外相机对HL-2A装置外偏滤器靶板的表面温度进行了测量,得到了具有一定时空分辨的红外热图。用一维热传导模型对热点处的温升进行数据处理,得到了轰击点上的热负荷演变曲线。分别对辐射偏滤器、ECRH加热、中性束注入、破裂四种放... 利用红外相机对HL-2A装置外偏滤器靶板的表面温度进行了测量,得到了具有一定时空分辨的红外热图。用一维热传导模型对热点处的温升进行数据处理,得到了轰击点上的热负荷演变曲线。分别对辐射偏滤器、ECRH加热、中性束注入、破裂四种放电情况下的热负荷曲线进行了分析,并就辐射偏滤器和破裂两种放电的热负荷与靶板探针测得的结果进行了比较。 展开更多
关键词 热负荷 红外相机 一维热传导模型 热传导反问题 偏滤器靶板
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聚变堆熔盐冷却偏滤器靶板结构设计与分析
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作者 常小博 宋云涛 +1 位作者 彭学兵 卯鑫 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2018年第3期329-333,共5页
为提高偏滤器的抗中子辐照能力,兼顾高热承载能力和聚变堆经济性的需要,提出了基于熔盐冷却(MSC)的偏滤器靶板结构设计。它采用FLiNaK作为冷却剂,钨镧合金为热沉材料,钨为第一壁材料。通过数值计算评估了靶板的热负荷承载能力,并完成了... 为提高偏滤器的抗中子辐照能力,兼顾高热承载能力和聚变堆经济性的需要,提出了基于熔盐冷却(MSC)的偏滤器靶板结构设计。它采用FLiNaK作为冷却剂,钨镧合金为热沉材料,钨为第一壁材料。通过数值计算评估了靶板的热负荷承载能力,并完成了偏滤器冷却剂回路设计,优化了偏滤器各模块之间的流量分配。此MSC偏滤器靶板设计可以有效去除10~15MW·m-2热负荷,为适应未来聚变堆偏滤器靶板发展的需要提供了一种设计解决方案。 展开更多
关键词 聚变堆 偏滤器靶板 熔盐冷却 热工水力 热应力分析
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