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1、第29卷第4期核科学与工程Vol.29No.42009年12月ChineseJournalofNuclearScienceandEngineeringDec.2009中国ITER固态实验包层模块热工水力优化设计和分析赵周,冯开明,张国书,袁涛(核工业西南物理研究院,四川成都610041)摘要:在中国氦冷固态增殖剂实验包层模块(CHHCSBTBM)热工水力优化设计的基础上,利用有限元程序ANSYS和计算流体力学程序FLUENT对实验包层模块进行了相应的分析。分析结果表明热工水力优化是合理的,是可以接受的。关键词:中国氦冷固
2、态增殖剂实验包层模块;热工水力;优化设计和分析;温度分布;冷却剂压降中图分类号:TL64文献标识码:A文章编号:025820918(2009)0420299209Thermal2hydraulicoptimizationdesignandanalysisfortheCHHCSBTBMofITERZHAOZhou,FENGKai2ming,ZHANGGuo2shu,YUANTao(SouthwesternInstituteofPhysics,ChengduofSichuanProv.610041,China)Abstrac
3、t:Basedonthethermal2hydraulicoptimizationdesignfortheCHHCSBTBM(ChineseHeliumCooledSolidBreederTestBlanketModule),correspondinganalyseshavebeencarriedoutusingtheFE(FiniteElement)codeANSYSandCFD(Computa2tionalFluidDynamics)codeFLUENT.Analysisresultsshowthattheoptim
4、izationisreasonableandacceptable.Keywords:CHHCSBTBM;thermal2hydraulic;optimizationdesignandanalysis;tem2peraturedistribution;coolantpressuredrop国际热核实验反应堆ITER(International为ITER上的一个测试模块,其设计目标就是ThermonuclearExperimentalReactor)是用来为了验证和获取聚变堆包层氚增殖技术,这对验证未来聚变能源科学和技术可行
5、性的一个国中国未来发展自己的聚变示范堆是非常重要的际合作计划。其中ITER的一个主要功能就是一步。测试产氚TBM模块。CHHCSBTBM模块作CHHCSBTBM模块考虑采用RAFM收稿日期:2008209206;修回日期:2009204228作者简介:赵周(1977)),男,陕西蒲城人,工程师,硕士,现从事聚变堆结构设计及分析方面的研究工作299(ReducedActivationFerritic/Martensitic,低在确保结构安全的前提下,为了降低结构活化铁素体/马氏体)钢作为结构材料(目前的的复杂性以及减少结构
6、材料增加增殖材料,以设计分析参照EUROFER97的热机械性能参此来提高氚增殖率同时减少TBM结构材料的[1]数),陶瓷硅酸锂球床作为氚增殖剂,铍球床核热沉积,从2007年开始对TBM模块进行了作为中子倍增剂,氦气同时作为冷却剂和提氚优化设计。优化主要是针对子模块的排列进行气体。CHHCSBTBM模块由U型第一壁、了改进,从3@6变成了2@6,子模块数量相应盖板、后板、格架、子模块以及支撑板组成。在地减少到了12个,改进后的TBM结构如图12006年的结构设计中,子模块的排列是3@6,所示。与此同时,对TBM模块的热工水
7、力方[2]也就是TBM总共包括18个子模块。案也进行了优化改进。图1CHHCSBTBM模块结构Fig.1ModularstructureofCHHCSBTBM以致盖板/格架得不到充分的冷却,从而会造成1TBM模块冷却方式优化过高的峰值温度,但结构材料RAFM钢TBM模块的主要功能是在聚变环境下增(EUROFER97)的最高许用温度只有550e;殖氚并释放热量,所以必须冷却。在以前的热同时这也会造成大的温度梯度产生大的热应力工水力设计中,TBM冷却剂流动是并行连接进而影响TBM模块的结构稳定和安全。因此的,如图2所示。冷却
8、剂采用8MPa的氦气,有必要对TBM这种冷却方式进行优化改进。其进口温度是300e。氦气首先经由后板流入在TBM冷却方式新的设计中,采用了串联冷却第一壁,然后分别平行流进盖板,格架和子的冷却剂流动,如图3所示,即冷却剂依次先后模块,最后冷却剂汇集到后板并流入氦冷系统流过第一壁、盖板/格架和子模块。采用串联冷当中。冷却
