HL-2A偏压偏滤器物理设计

根据已有的理论模型,推算出了HL 2A偏压偏滤器的理论电流为1.5kA、偏压电压为200V,并对HL 2A偏压偏滤器做出了初步设计。HL 2A装置采用偏压后,有可能降低L H模转变阈功率,增加偏滤器等离子体密度、压强和滞留时间,改善约束,改善内外靶板功率沉积的非对称性,提高排灰效率及提高偏滤器性能。

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

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。

HL-2A装置偏滤器室中性气体压强规

研制了一种可工作于强磁场、强干扰环境下的快响应真空电离规(快规)。介绍了快规的结构、原理、设计梗概和在HL 2A装置偏滤器室中原位测量中性气体压强的实验结果。无磁场时,在压强1×10-5～6×10-1Pa的范围内,快规的线性度良好,H2压强的测量上限为1.5Pa,He压强的测量上限为4Pa,覆盖了目前HL 2A装置偏滤器的运行范围;快规处磁感应强度在0 6T左右时,其灵敏度约提高至无磁场下的3倍。快规的响应时间小于4ms,并且具有较强的抗干扰能力。

HL-2A装置偏滤器室中性气体压强的初步研究

HL 2A装置上首次实现了偏滤器位形放电。采用专门研制的可在强磁场和强噪声环境下工作的快响应真空电离规对偏滤器室内的中性气体压强进行了测量,给出了HL 2A装置偏滤器有关结构的基础数据。初步研究了偏滤器位形和孔栏位形放电期间偏滤器室中性气体压强的特性。

影响HL-2M偏滤器靶板冷却性能的结构参数研究

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。

HL-2M偏滤器冷却回路流致振动研究

基于ANSYS/CFX软件,用双向流-固耦合方法评估不同流速和不同金属软管下HL-2M偏滤器冷却回路的流致振动效应。评估表明:金属软管的等效弹性模量是影响管路振动响应的主要参数,当流体平均流速控制在2~10m·s-1时,响应较小。管路主要变形区域最大发生概率出现在U型管和金属软管处。因此,尽可能选择等效弹性模量E≥1010Pa的金属软管,建议在U型管和软管区域增加防振加固支撑设计以确保安全。

HL-2A偏滤器运行模式的探针测量

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。

HL-2A单零偏滤器的位形特征

利用积分方法对多种电流剖面下HL 2A装置单零偏滤器位形特征进行了计算研究。积分方法的优点是可以在任意电流剖面下求解具有X 点的自由边界的Grad Shafranov方程。对HL 2A装置而言,大体上可以在合理设定的分界面形状下,经几次叠代计算出各组极向场线圈(垂直场,三对多极场和多极补偿场以及水平场)中的电流。HL 2A的单零偏滤器位形基本上是圆截面加上在X 点附近的局部形变。对刮离区和偏滤器靶板区磁力线特性进行了分析以确定偏滤器的品质。

HL-2A偏滤器托卡马克真空室的预装

简述了HL 2A装置真空室及其结构特点 ,介绍了真空室的预装、抽空及检漏。真空室进行预装后可为HL

HL-2A装置偏滤器改造的初步设计

根据HL-2A装置的结构特点,提出了HL-2A装置偏滤器系统改造的基本方向。对HL-2A极向场线圈系统进行了优化设计,计算了单零平衡位形,进行了开放式偏滤器的结构设计,并对新的偏滤器系统进行了热分析和结构分析。结果表明,新的偏滤器系统新的偏滤器系统能够满足具有一定拉长比和三角形变的等离子体放电要求。

大脉冲热负荷下HL-2A偏滤器靶板的热分析

: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 。

HL-2A装置偏滤器靶板上等离子体参数诊断实验进展

HL-2A装置偏滤器靶板上的平面型朗缪尔探针阵列是用于测量同一极向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、空间电位、电场和流速分布，研究偏滤器中等离子体参数的分布及非对称性。

HL-2A装置偏滤器靶板上探针阵列和主真空室活动探针的设计加工和诊断

HL-2A装置偏滤器靶板上的平面型朗缪尔探针阵列是用于测量同一极向截面的内外舜口上下四个个性化板上的电子温度、密度、悬浮电位、空间电位、电场舜口流速分布，研究偏滤器中等离子体参数的分布及非对称性。主真空室上磁力传动的马赫／雷诺协强／朗缪尔探针阵列，直接测量边缘等离子体温度，密度，空间电位，电场，环向舜口极向流速，研究边缘参数的涨落舜口相关特性。

HL-2M装置常规偏滤器与雪花减偏滤器热工水力分析对比

采用SOLPS程序模拟预测HL-2M装置常规和雪花减偏滤器靶板上的热通量。当流入边缘等离子体区域的热功率约为10MW时,利用CFX/ANSYS软件分析这两类偏滤器各结构、冷却水温度分布及形变和热应力分布情况。结果表明:等离子体总功率相同,雪花减偏滤器靶板上的最高温度比常规偏滤器低169℃;雪花减偏滤器结构所承受的最大热应力和形变比常规偏滤器低约3/7。不改变热负载剖面分布,按一定比例提升热流密度或延长放电时间,雪花减偏滤器体现出比常规偏滤器靶板温升低、冷却水温均衡等优点。因此,雪花减偏滤器能处理更多流进偏滤器区域的热能,有效地降低偏滤器工程设计要求。

HL-2M偏滤器CFC/CuCrZr靶板的非晶钎焊工艺研究

在采用商用的STEMET-1101非晶钎料、温度为710~750°C的真空钎焊下,对CFC/OFC(氯氟烃/无氧铜)复合块与CuCrZr(铬锆铜)的钎焊进行了研究。首先,通过X-射线衍射(XRD)和差式扫描量热分析对钎料的结构和熔化行为进行了表征;然后,通过光学显微镜、电子探针微分析和拉伸试验等方法对焊缝的组织形貌、元素成分分布、相结构和力学性能进行了分析;最后,通过高热负荷装置对CFC/OFC/CuCrZr钎焊模块的热疲劳性能进行测试。结果表明,在710~750°C钎焊温度内焊缝由Cu固溶体、(Cu,Ni)3P和Ni(Cu,Cr)2P金属间化合物组成,焊缝平整无裂纹;特别是在750°C/15min情况下,抑制了焊缝金属间化合物的连续分布,OFC/CuCrZr的焊接强度大于OFC的抗拉强度,CuCrZr/CuCrZr的结合强度为210MPa,并呈现部分韧性断裂。在750°C/15min情况下制备的CFC/Cu/CuCrZr模块可以承受1000次7MW·m-2的循环热负荷。

HL-2A偏滤器沉积测量系统的研制

为了检测HL-2A偏滤器靶板的背后沉积层的沉积情况和深入了解其等离子体与第一壁的相互作用过程,国内首次研制了用于托卡马克装置的偏滤器沉积测量系统,其中包括石英晶体、测量探头、频率测量以及控制系统等。经过初步检测,该沉积系统平均采样速率为13~14s^(-1);测量的石英晶体共振频率分辨率为0.01Hz;石英晶体共振频率的变化正比于沉积在石英晶体表面的质量的变化,这与Sauerbrey方程的线性关系吻合;实验室检测过程中该沉积系统的平均沉积率约为2.0ng·s^(-1),显示该沉积系统具有纳克级质量检测能力,表明了该偏滤器沉积系统的测量性能和有效性。

HL-2M上偏滤器结构初步设计及关键制造工艺预研

在充分考虑HL-2M装置的物理目标后,将位于真空室内顶部的上偏滤器设计成"W"形的模块化结构。单个模块由SS-316L背板、石墨块、石墨箔及各类紧固件等组成,模块两端仅通过纬环和焊接螺柱与真空室壳体固定。这种结构为诊断部件提供了尽可能多的空间。利用有限元分析方法,对上偏滤器模块进行了电磁力、结构和热应力等分析。通过优化支撑结构、螺柱数量等,使得偏滤器结构能够满足各类工况条件。最后完成了关键制造工艺的预研,包括焊接工艺、深孔钻工艺、装配、非标紧固件研制等。检测数据表明,预制件最终安装面(石墨块轮廓)与标准模板之间的间隙<1mm,各相邻石墨之间的间隙≤0.5mm,错边≤0.5±0.2mm,且整个模块的漏率<2.5×10^-10Pa·m^3·s^-1。这些结果为HL-2M上偏滤器的正式加工提供了支撑。

HL-2M装置偏滤器冷却系统设计与分析

建立了HL-2M装置偏滤器水冷流道的等效三维模型,模拟分析了冷却水系统负载的温度和压降。构建了冷却系统的一维流体模型,分析了冷却系统工程设计的水力参数,并与模拟结果进行了比较,结果符合得较好。

HL-2M偏滤器结构动力学分析

用有限元软件分析了动载荷作用下的偏滤器结构动力学响应。通过对动力学和静力学计算结果的对比,确定载荷的动态放大因子。计算结果表明,所设计的偏滤器结构在瞬态电磁力载荷作用下能满足设计准则的要求。

HL-2M装置雪花减偏滤器热疲劳分析

利用SOLPS软件,采用有限元数值计算方法,模拟计算了HL-2M装置雪花减偏滤器靶板上热负载分布,分析了偏滤器温度及热应力分布,并使用ITER内部器件设计评判标准对HL-2M偏滤器结构进行热疲劳寿命的评估。结果表明,在低周循环下靶板大部分区域不会经历严重的塑性疲劳,但距离外侧抽气口4mm位置拱顶区域循环寿命约为1963次。模拟结果对HL-2M装置偏滤器设计具有一定参考意义。