中国固体实验包层增殖子模块的温度场模拟-论文.pdf

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1、ISSN1000—0054清华大学学报(自然科学版)2013年第53卷第1期19／26可JTsinghuaUniv(Sci＆Tech)，2013，Vo1．53，N0．11O2—1O5中国固体实验包层增殖子模块的温度场模拟张尧立，周志伟，解衡(清华大学核能与新能源技术研究院，北京100084)摘要：针对国际热核实验堆(ITER)中国固体实验包层模具有氚增殖和排热功能的试验包层模块块(TBM)的铍球床中子增殖区、LiSiO4陶瓷球床氚增殖区(TBM)可以用来开展ITER的包层系统运行和控以及冷却剂氮气在稳态工况下的温度场，该文利用计算流体制及产氚、排热、中子辐照特性和材料

2、相容性等实力学软件Fluent对TBM增殖子模块进行二维数值模拟。验研究，TBM最初的设计方案经过了很多研究和计算结果表明：在原有的设计方案下，LisiO陶瓷球床的验证l_】]。由于用作冷却剂管道的铁会对磁场产最高温度将会超过材料所允许的工作温度。该文提出的改生影响，因此减少包层模块中铁的装量成为了改进方法将LiSiO4区域均匀分成3块。改进之后的方案能够进TBM设计的一个重要研究目标I5]。对最初的满足设计要求。分析结果和改进方案可以作为ITER中国TBM设计进行改动，减小了功率、增大了氦气的固体实验包层模块的热工水力学优化设计的参考。流量，同时对TBM内增殖子模块

3、的流道做了改关键词：计算流体动力学；国际热核实验堆(ITER)；实验动，改动后的流道减小了长度，从而大大减少了铁包层模块(TBM)的装量。改动后子模块的温度场需要重新进行研中图分类号：TL642文献标志码：A究以确定温度场是否满足设计要求。文章编号：1000—0054(2013)01—0102—04在TBM的热工计算中，采用等效处理后的二维模拟结果是可以接受的[1]。因此本文利用计算流Numericalsimulationsofthetemperature体力学软件Fluent为计算工具，建立了TBM增殖fieldinthebreedingsub—moduleofth

4、e子模块二维模型，研究子模块各部分材料以及冷却ITERChineseheliumcooledsolid剂氦气流道在稳态运行工况下的温度场分布，并对breedertestblanketmodule计算结果进行比较，提出改进方案。ZHANGYaoli，ZHOUZhiwei，XIEHeng1TBM增殖子模块的结构和功率密度分布(InstituteofNuclearandNewEnergyTechnology，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)根据核工业西南物理研究院的最新设计方Abstract：Thetemperaturedist

5、ributionswerepredictedinthehelium案，TBM主要由以下部分组成：U形壁、顶盖、增coolantgasandtheBepebblebedaswellastheLi,Si04pebblebed殖子模块、隔板、后板和支撑板组成。每一个TBMinthebreedingsub—moduleoftheInternationalThermonuclear内有12个子模块(见图1)l6]。陶瓷增殖剂Li4ExperimentalReactor(ITER)Chineseheliumcooledsolidbreedertestblanketmodule(C

6、HHCSBTBM)usedintheITER．TheSiO和中子增殖剂Be以球床的形式被包裹在包层two—dimensionaltemperaturefieldwaspredictedusingthe盒里，增殖材料采用8OLi一6的LiSiO4小球]。computationalfluiddynamicscodeFluent．Theresultsshowthatthe改动后的子模块设计见图2。子模块长318mrn，highesttemperatureintheLi4SiO4pebblebedexceedsthedesignparameters．Sincethetherm

7、alconductivityofLi4SiO4isquitepoor，宽202mm，高250Film。冷却板厚度为5mlTl，氦thetemperaturescanbereducedbyreplacingLi4SiO4withLizTiOs气流道是4。5mm×2．5mm的矩形，沿高度方向共andLi2ZrO3orbydividingtheLi4SiO4pebblebedinto3equalparts．Thesethermal—hydraulicdesignimprovementsallsatisfythedesignparameters．收稿Et期：