ITER屏蔽块的热工水力分析.docx

PAGE 1 PAGE 1

ITER屏蔽块的热工水力分析 本文运用CFX软件对屏蔽块模型进行了热工水力计算，分析了6#屏蔽块模型的壁面温度分布、流淌压降、流速分布及流量安排等热工水力特性。 1前言 国际热核聚变试验堆（ITER）计划是当今世界最大的科学工程国际科技合作计划之一，吸引了包括中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国等世界主要核国家和科技强国共同参与。其主要目标是探索聚变能实现的科学可行性和工程可行性。屏蔽包层是ITER的重要组成部分之一，其主要作用是屏蔽聚变中子及等离子体的辐射热负荷。屏蔽包层由第一壁和屏蔽块两部分组成，第一壁结构较规则，而屏蔽块的结构却特别复杂。其外部为固体钢制结构，内部设计了很多相互连通的冷却水管道，冷却剂在其中流淌。假如冷却剂流速太低，模块可能因局部过热而导致损坏、失效；假如冷却不匀称，将引起模块热应力集中而对结构的安全、稳定运行带来风险。因此，屏蔽包层能否被充分冷却，冷却效果如何，是模型设计方需要了解的重要问题。 由于屏蔽块结构极不规则，而且固体、流体的物性均随温度和压力的变化而变化，无法用简洁经验公式对其流淌及传热特性进行计算，因此只能通过数值模拟来预估结构是否合理，从而指导屏蔽块的设计、制造，使其既能满意设计要求，同时具有较低的制造难度。 文章采用CFX软件对6#屏蔽块模型进行了网格划分和数值计算，分析了模块壁面温度场分布、冷却剂流淌压降、流速及流量安排等热工水力特性。 2计算方法 2.1计算模型和方法 屏蔽块结构见下图。外部固体为不锈钢制结构，如图1（a）所示；内部是冷却剂通道，冷却剂在其中流淌，如图1(b)所示。管道的布置需尽可能由水带走固体内部的中子热，以使固体部分温度场匀称，避免产生局部温度过高区域。由于该模型结构基本对称，因此本文选取二分之一模型进行数值计算。图1二分之一屏蔽块的结构 2.2网格划分 对于数值计算而言，网