偏滤器相关的数值计算.pptx

ASIPP偏滤器相关的数值计算偏滤器相关的数值计算工工 作作 情情 况况 汇汇 报报等等 离离 子子 体体 所所 四四 室室汇报人：李汇报人：李 磊磊ASIPP提提 纲纲v岗位职责岗位职责v工作内容和完成任务情况工作内容和完成任务情况v工作中不足之处及下一步打算工作中不足之处及下一步打算 ASIPP岗位职责岗位职责工作部门：工作部门：四室，姚老师负责的偏滤器组岗岗 位：位：聚变堆结构与热分析对TOKAMAK相关的结构进行力学分析。利用WorkbenchANSYS对TOKAMAK相关的结构进行静力学分析、热分析、耦合分析。为相关的设计提供参考和支持。主要职责：主要职责：ASIPP近一年来我的学习和工作内容近一年来我的学习和工作内容v学习阶段：学习阶段：学习相关的专业知识和技能。例如阅读核聚变、托卡马克、机械设计等方面 的书籍。学习CATIA，绘制过托卡马克的真空室、真空室支撑架、偏滤器靶板等模型。学习Workbench(静力学、热力学)。学习了ANSYS中的涡流和电磁力计算功能，分析过等离子体和极向线圈电流变化时在偏滤器上产生的涡流和电磁力。学习了DINA程序，参加了所里和585的两次培训，掌握了该程序的使用，能够使用该程序模拟等离子体破裂演化过程等物理问题。ASIPPv 工作阶段（工作阶段（主要做了一些数值计算工作）主要做了一些数值计算工作）EAST先进钨偏滤器内外靶板的热分析先进钨偏滤器内外靶板的热分析 分析了内、外靶板在不同的水流速度、不同的水冷管道半径和管道间距情况下的温度分布，共计算了十多个算例，对分析数据进行正交理论分析和优化。外靶板水冷结构 内靶板水冷结构ASIPPASIPPASIPPASIPPASIPPASIPPASIPPASIPP最终优化结果：最终优化结果：外靶板R=6mm or 7mm,L1=19mm，L3=20mm内靶板R=7mm，L1=19mm，L=108mm靶板最大温度降低十几度，最大热应力值降低19%to 24%。ASIPPEASTEAST偏滤器靶板采用偏滤器靶板采用不同材料不同材料、不同直径不同直径的销条件下的销条件下，受到的受到的HaloHalo电磁力时的应力响应计算（电磁力时的应力响应计算（Halo电流取40%等离子体电流）内靶板应力分析材料为材料为:316LN不锈钢不锈钢销直径为销直径为:5、6、7mmbox上环场电磁力7350Nbox上纵场电磁力175N每条monoblock环场电磁力1386N,纵场电磁力30NASIPP分析结论：分析结论：整个内靶板盒体与monoblock部分的强度没有问题销应力较大，材料改为强度更高的inconel材料为好建议直径7mm 5mm销最大应力达176MPa 剪切应接近100MPaASIPP不同不同销尺寸的尺寸的Monoblock支撑座支撑座焊缝强度分析度分析 销直径采用5mm和7mm,316LN不锈钢ASIPP结论：焊缝处应力较大（60MPa左右），建议提高焊接质量。销直径为5mm时，剪切应力较大（58.237MPa），建议采用7mm，最好采用高强度钢。ASIPPRH测试平台静力学分析测试平台静力学分析 真空室内加500KG重量，每个窗口加1000Kg重量计算结果：计算结果：1.最大变形0.24498mm，支撑没有出现水平方向的位移；2.最大应力出现在最宽的窗口下的支撑处，约为26.8MPa；3.支撑强度能够满足要求；4.在本算例施加的载荷情况下，支撑底部不需要固定，放在地面上不会发生水平位移。ASIPPEAST 钨偏偏滤器外靶板瞬器外靶板瞬态热分析分析 峰值热流密度分别为3MW/m2、4MW/m2、5MW/m2 和10MW/m2，不考虑水冷作用ASIPP 温度分布（10MW/m2）ASIPP 整个靶板最大温度随时间变化曲线整个靶板最大温度随时间变化曲线ASIPP 铜最大温度随时间变化曲线铜最大温度随时间变化曲线ASIPP表表1 不同峰值热流密度条件下铜达到特定温度的时间不同峰值热流密度条件下铜达到特定温度的时间 Peak fluxTemperature10MW/m25MW/m24MW/m23MW/m29009.75s27.8s37.8s47.8s100012.1s32.79s44.3s55.3s1080（熔点）（熔点）14.07s37.02s49.5s60s备注备注 60s时最大温度为时最大温度为1062.6 ASIPP 结论：结论：靶板的最高温度随时间近似程指数增长趋势，随时间增加靶板的温差逐渐增大。缓冲层铜最先达到自身熔点，其次为铜铬锆，最后为钨。缓冲层铜从初始状态自身熔点（1080）的时间分别为 10MW/m2:14.07s 5MW/m2:37.02s 4MW/m2:49.5s 3MW/m2:60sASIPP完成任务情况完成任务情况提交的报告：提交的报告：1、偏滤器内外靶板热分析报告2、Mono block 结构有限元分析3、Mono block支撑座焊缝强度分析4、EAST钨偏滤器内靶板应力分析5、RH测试平台静力学分析6、EAST窗口在静载重下应力分析结果7、EAST 钨偏滤器外靶板瞬态热分析（10MW/m2）8、EAST 钨偏滤器外靶板瞬态热分析（35MW/m2）9、Monoblock 氦冷热分析工作以来发表的学术论文：工作以来发表的学术论文：1、Optimization of divertor plate water-cooled structure in EAST based on orthogonal theory,Plasma Science and Technology(第一作者，已投稿)2、The temperature control mechanism of a breeding blanket module for fusion reactor.Journal of Fusion Energy.DOI:10.1007/s10894-014-9691-8(第四作者)3、The Design and Analysis of the Cooling System of NBI Thermal Shielding for EAST A#Equatorial Port(聚变工程，第四作者)4、Optimal design of biconical liner structure based on orthogonal design method,EXPLOSION AND SHOCK WAVES(第一作者)ASIPPv工作中不足之处和下一步工作打算：工作中不足之处和下一步工作打算：因专业知识的积累远远不够，遇到了很多难以理解的物理问题，自己的差距很大，一些工作可能做得不够好，需要继续努力学习。除了完成室里领导交代的任务外，对之前做得一些工作需要进一步整理，多写一些学术论文。目前正在准备一篇关于用DINA code 预测VDEs 期间等离子体演化的文章：Prediction of plasma evolution during VDEs in any tokamak with DINA codeDINA程序需要进一步深入的学习。电磁学计算方面还需要加强。4.2日 参加英国CCFE Remote Handling 机械设计工程师应聘。ASIPP谢谢 谢谢 ！ASIPPMonoblock Monoblock 氦冷热分析氦冷热分析ASIPPASIPP表表2 主要计算结果主要计算结果 钨最大温钨最大温度度铜最大温铜最大温度度铜铬锆最大温铜铬锆最大温度度/K/K入口入口入口速度质入口速度质量流量量流量氦冷氦冷186118611540154015181518373/573720373/57372025.5g/s25.5g/s水冷水冷962962605605578578308/322308/3229m/s9m/s备注备注 氦气与管道氦气与管道边缘处边缘处入口压力入口压力ASIPPv讨论讨论v采用现有的水冷几何结构进行氦冷，显然效果是不如水冷的。v由于没有氦冷的几何模型，如果采用helium jets 冷却效果如何还需要进一步的计算验证。v目前采用的是稳态计算，下一步打算计算下瞬态的情况。