浮力作用下液态金属包层内磁流体流动与传热特性研究

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1、夺因許違满来大赛ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣｈｉｎａｙ博±学位论文戀论文题目緣方作用下故泰金属么屬南磁疏体施讀与待热精牲研堯’？？；．——作者姓名圣莖始科学技朵学科专业吴金如研堯—员朱忠强到研堯员导师姓名二零一五年完成时间＾－■．１．Ｉ－？Ｉ．－ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣｈｉｎａＡ，ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｆｏｒｄｏｃ１：ｏｒｓｄｅ

2、ｒｅｅｇ參ＭＨＤＦｌｏｗａｎｄＨｅａｔＴｒａｎｓ化ｒｉｎＬｉｑｕｉｄＭｅｔａｌＢｌａｎｋｅｔｓｕｎｄｅｒＢｕｏａｎｃＦｏｒｃｅｙｙ’Ａｕ出ｏｒｓＮａｍｅ：ＺｉＭｅｎｇＳｐｅｃｉａｈｔｙ：ＮｕｃｌｅａｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＳｕｅｒｖｉｓｏｒ；Ｐｒｏｆ．ＹｉｃａｎＷｕｐＡｓｓｏｃｉａｔｅＰｒｏｆ．ＺｈｉｑｉａｎｇＺｈｕＦｉｎｉｓｈｅｄｔｉｍｅ：Ａｕｕｓｔ２０１５ｇ，中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进

3、行研究工作所取得的成。果除已特别加Ｗ标法和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研巧成果一。与我同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。０＞作者签名：忘如签字日期；如Ｓ聲！巧女目中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即；学校有权按有关规定向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可Ｗ将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等

4、复制一手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文挡的内容和纸质论文的内容相致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。公开□保密（年）巧作者签名：ｆｅｉ；导师签名表。〇？。签字日期：之病叫２目签字日期：２夺／ｒ／另＞日摘要摘要包层技术是聚变能实现的核也技术，而液态增殖包层因其好的导热和载热能力、高氣增殖能力等优点，是目前包层概念设计和ＩＴＥ民测试包层模块的主要方一案之。中国科学院核能安全技术研究所叩０８团队设计了双功能铅裡増殖包层－（ＤｕａｌｆｉｍｃｔｏｎａＬｉｔｈｉｕｍＬＤＦＬＬ）ｉｌｅａｄ

5、，；双，有两种运行模式冷铅裡増殖包层－－（ＤｕａｌｃｏｏｌｅｄＬｉｔｈｉｕｍＬｅａｄＤＬＬ）ａｓｉＳｔａｔｉｃＬｉｔｈｉｕｍＬｅａｄ，和单冷铅裡增殖包层（Ｑｕ，ＳＬＬ）。聚变堆液态包层处于强磁场环境，导电流体在磁场作用下流动会产生感应电流，形成磁流体动力学（ＭＨＤ）效应，中子体积核热密度的不均匀分布梯度在重力作用下会形成浮力效应，两种效应剧烈改变液态増殖剂的流动与传热性能，影响热工结构的可靠性，关系到液态包层概念的可行性，其冷却剂出口温度影响聚变堆能量转换效率，。，关系到聚变堆的经济性是液态金属包层特有的关键问

6、题本文Ｗ聚变堆液态金属包层存在的关键问题之一一浮力作用下的ＭＨＤ流动，研究包含浮力源项的高Ｈａｒｔｍａｎｎ数ＭＨＤ数值模型与计算方法传热为背景，ａｒ－开发并验证了适用于聚变巧液态包层高Ｈｔｍａｎｎ数工况的ＭＨＤ分析程序ＭＴＣＯｐｅｎＦＯＡＭ版本。主要工作为：（１）根据聚变堆液态包层高Ｈａｒｔｍａｎｎ数ＭＨＤ流动特点，选择合适的物理模型、流场求解算法、电场求解算法、浮力计算模型，完成磁流体分析程序ＭＴＣ的开发，具备完善的不可压缩磁流体及浮力驱动流计算功能，可用于聚变堆工况下液态包层磁流体流动和传热分析（２）；根据强磁场下ＭＨ

7、Ｄ端流的特征，在现有ＭＨＤ端流雷诺平均模型的基础上，开发出适用于高Ｈａｒｔｍａｒｍ数的ＭＨＤ端流模型；（３）应用理论巧实验算例对程序进行了验证，验证算例涵盖了从层流到縮流的各种工况，主要包括充分发展层流、Ｈ维层流、浮力驱动流、ＭＨＤ瑞流等。大规模数值计算为主要手段，研充在聚变强磁场及非均匀的聚变中子核热沉积条件下液态包层热工水力特性，主要工作为：（１）从众多的ＩＴＥＲ和ＤＥＭＯ液态包层设计中选取典型包层结构和热工水力参数范围，对其浮力效应特征进行详细的机理分析，总结出中子体积核热、ＦＣＩ绝热性能、ＦＣＩ电绝缘性能、流体

8、流向对液态金属包层ＭＨＤ淳力流强度的影响发现为了实现商温出口，ＦＣＩ材；料导热率要低于ＩＷ／ｍＫ；（２