平衡流和反馈控制对电阻壁模稳定化的影响

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1、博士学位论文平衡流和反馈控制对电阻壁模稳定化的影响Stabilizingeffectofequilibriumflowandfeedbackcontrolonresistivewallmodes学号：10902006完成日期：2Q1211211．2大连理工大学Dali锄UniversityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志

2、对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：壬煎流狸厦堡控劐挝电阻壁搓稳定业鲍显啮作者签名：盔当日期：冱!圭年—L月二丝日大连理工大学博士学位论文摘要在托卡马克等离子体中，具有全域结构的外扭曲模可以轻易地在宏观上迫使等离子体柱扭曲碰壁，从而迅速导致大破裂的产生，因此，外扭曲模成为托卡马克装置中最危险的磁流体不稳定模式之一。另外，外扭曲模还极大地限制着装置的等离子体比压。幸运的是，在等离子体外侧包围一层理想导体壁后，导体壁上感应出的感应电流可以将外扭曲模完全稳定住，从而提高装置的等离子体比压。然而，实际的导体

3、壁上都带有有限电阻，该电阻将导致在导体壁上的感应电流滞后并耗散，因此不能将外扭曲模完全稳定住，形成一种新的增长率较低的不稳定模式，称为电阻壁模。当装置的放电时间超过扰动量在电阻壁内的扩散时间后，电阻壁模仍然可以增长起来并最终导致大破裂。对于大尺度的托卡马克装置(例如：ITER装置)来说，要实现高收益的长时间放电，如何稳定电阻壁模是研究工作者不得不面对和解决的问题。、目前的研究表明，稳定电阻壁模的方法主要有两种。其一，当等离子体具有一定粘滞时，等离子体与电阻壁的相对旋转可以将电阻壁模稳定住。但是，目前实验上观测到的临界稳定速度明显要低于理论计算得到的预测值。另外，这种使电阻壁

4、模稳定的耗散机制仍然需要进一步研究。另一种方法是在装置中引入自动反馈控制系统。控制理论是一种新兴的工业手段，可以对等离子体中的磁流体不稳定性进行有效控制。但是当反馈控制系统进入非线性饱和阶段后，如何实现对电阻壁模的有效控制目前鲜有工作进行研究。本论文主要研究带有电阻壁的等离子体系统中几种磁流体不稳定性及其稳定。第一章，简要介绍本课题的研究背景，并在理论和实验上综述了电阻壁模及稳定电阻壁模的两种方式的研究进展。第二章，采用含有等离子体粘滞的非理想磁流体力学方程组对等离子体进行描述，在电阻壁处做薄壁近似假设，应用求解初值问题的方法，建立LARWM程序，验证程序后，讨论应用该程序

5、研究电阻壁模时的适用范围。第三章，在无壁模型中，应用LARWM程序研究离轴驱动加热对外扭曲模的影响。研究表明，离轴驱动加热产生电流峰的宽度大于临界值时，电流峰越窄越有利于降低外扭曲模的增长；电流峰的幅值越高越有利于外扭曲模的稳定，甚至可以实现完全稳定；当电流峰中心位置超过临界位置只，=O．85时，越靠近等离子体边缘外扭曲模的增长率越低。第四章，分别针对具有全域和局域的两组平衡剪切流结构，应用LARWM程序研究平衡剪切流对电阻壁模稳定性的影响。研究发现，等离子体边缘处的速度幅值和剪切平衡流和反馈控制对电阻壁模稳定化的影响度对电阻壁模的稳定性有一定影响，平衡流携带的惯性能量对其

6、稳定性的影响最为重要，等离子体中心处的剪切流结构对电阻壁模稳定性没有明显影响。第五章，引入自动反馈控制系统，研究当系统进入非线性控制阶段后，电阻壁模的特性以及有效的反馈控制方案。结果表明，当且仅当在进入非线性阶段时刻被控信号低于设定阈值时，通量电流控制方案才可以实现对电阻壁模的稳定化作用。通量电压控制方案则是相对比较理想的控制方案，进入非线性反馈控制阶段后电阻壁模仍然可以被稳，工，疋。第六章，采用简征模法对平板模型下含有电阻壁的理想等离子体系统进行计算，根据本征方程数值求解了本征模，经过验证三支解分别为稳定的等离子体寻常模，等离子体流驱动的KH模，以及流驱动的电阻壁不稳定性

7、。另外，等离子体粘滞对流驱动电阻壁不稳定性的稳定边界并没有明显的影响。当等离子体粘滞达到临界值后，随着等离子体平衡流的增加，系统将会出现第二稳定区。最后，对全文进行总结并对未来做出展望。关键词：托卡马克；等离子体；电阻壁模；平衡剪切流；自动反馈大连理工大学博士学位论文StabilizingeffectofequilibriumflowandfeedbackcontrolonresistivewallmodesAbstractIntheTokamakplasmas．theplasmapressureiSlimited