一体化铅铋散裂靶结构设计与分析

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1、UniversityofScienceandTechnologyofChina硕士学位论文论文题目一体化鉛鉍散袭紅结构设计与分析作者姓名仇秦学科专业核能科学与工程导师姓名黄对充员完成时间二—五年五月硕士学位论文一体化铅铋散裂靶结构设计与分析作者姓名：仇若翔学科专业：核能科学与工程导师姓名：黄群英研究员柏云清研宄员完成时间：二一五年五月十五日UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationforMaster'sdegreeIntegratedLe

2、ad-bismuthCooledSpallationTargetStructuralDesignandAnalysisAuthor'sName：：：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行研宄工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人己经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研宄所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名签字日期：￡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

3、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门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，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以釆用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。知公开□保密（年）作者签名：签字日期：：时签字日期摘要摘要一体化铅铋有窗散裂靶具有中子产额高、系统简单可靠、安全性好、可维护性强等特点，是目前加速器驱动次临界系统（的主要研

4、究对象。靶窗面临强流质子辐照和髙热通量，为了保证靶窗寿命和安全性，需要通过对靶窗流道截面进行优化设计，从而降低散裂靶的最高温度。本文设计了一种一体化铅铋有窗靶结构方案，利用软件对铅铋散裂靶冷却性能进行三维热工水力分析和优化。本文参考中国铅基研宄实验堆（铅秘散裂靶作为数值模拟对象，建立最佳网格数据模型，从而选取最佳分析对象。为了深入了解冷却剂通道内各区域流场、靶窗厚度和质子束流强度对散裂靶冷却剂系统换热性能的影响规律，建立三通道流道模型、不同靶窗厚度和不同质子束流强，开展了数值模拟分析与对比。结果表明

5、，靶流道中心区域的冷却剂流动速度增加对靶区流场的改善效果显著。同时，质子束流强提高时，采用厚靶窗会有较好的换热效果。在设计中采用变截面扰流结构设计，即上部导流管直径保持不变，下部缩小管径，上下导流管之间釆用锥形管结构连接。为了深入了解导流结构对靶窗换热效率的影响，对入口截面采用不同的尺寸进行设计，包括靶窗下部导流管内径和高度并针对不同流道布置形式进行分析对比。结果表明，变截面扰流结构相对于直筒结构，能够提高靶窗附近冷却剂流速，降低靶窗温度。当采用变截面管径设计的导流管时，质子束管在运行工况下会承受各

6、种常规载荷和偶遇载荷的共同作用，将产生复杂的应力场，针对这一现象，基于平台，对质子束管在稳态条件下进行综合应力分析与应力强度评定。初步分析结果显示，质子束管在设定载荷作用下的最大应力强度为满足规范要求。本文旨在通过开展有窗散裂的数值模拟和结构优化，得出散裂靶结构对换热的变化规律和散裂靶结构优化方案，为应用提供理论基础。关键词：加速器驱动次临界系统；铅秘；有窗靴；热工水力学；结构力学本论文研宄工作得到了中国科学院战略性先导科技专项（批准号：、国家自然科学基金（批准号：的重点支持。AbstractAbs

7、tractIntegratedLead-bismuthspallationtargetwithwindowisoneofthemostpromisingtargetsforacceleratordrivensub-criticalsystem(ADS),whichhasahighneutronyield,simplifiedstructure,goodsafetycharacteristicsandgoodmaintainability.Thetargetwindowfacestheproblemo

8、fhighirradiationandheatflux.Inordertoensurethesafetyofthetargetsystem，，，，，，，，AbstractfortheADSspallationtargettoengineeringapplication.Keyword:acceleratordrivensub-criticalsystem(ADS);lead-bismuth;windowspallationtarget;thermal-hydrauli