聚變示范堆（HCCB-DEMO）氦冷固態(tài)氚增殖包層優(yōu)化設計研究
發(fā)布時間：2024-05-12 18:33
氦冷固態(tài)陶瓷氚增殖劑示范堆(HCCB-DEMO)設計是由核工業(yè)西南物理研究院于2009年提出的一種商用聚變示范堆方案。其主要特點是：1)聚變功率為2550MW,電功率800MW;2)感應燃燒時間為8小時,等離子體運行模式為穩(wěn)態(tài)反剪切模式：3)采用中性束注入作為電流驅動模式,包括16個TF線圈和6個PF線圈,超導導體采用NB3Sn;4)氚自持燃燒。包層是聚變示范堆中的關鍵部件,要求將聚變堆中的熱導出以轉換成電能,同時還需要在有限的空間內保證氚增殖。因此,聚變堆中的包層設計是一項具有挑戰(zhàn)性的工作。氦冷固態(tài)陶瓷氚增殖劑(HCCB)包層是國際上較為成熟的一種包層方案,是HCCB-DEMO的首選包層,同時也是我國國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃上唯一參試的測試包層模塊(TBM)概念�；贖CCB-DEMO的堆芯方案以及我國近年來在ITER HCCB TBM研究與開發(fā)中積累的大量經驗與成果,本論文提出了一種氚增殖性能更良好,滿足聚變堆熱電轉換需求的氦冷固態(tài)氚增殖劑包層設計方案。其主要設計參數為：1)包層平均中子壁負載2.3MW/m2,平均表面熱負載為0.43MW/m2;2)冷卻劑為8MPa氦氣,...
【文章頁數】：152 頁
【學位級別】：博士
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
1.1 聚變堆研究背景及進展
1.1.1 聚變堆及其包層概述
1.1.2 國際聚變堆研究背景和進展
1.1.3 HCCB-DEMO研究背景
1.2 ITER及其實驗包層概況
1.3 氦冷固態(tài)氚增殖劑包層研究背景及進展
1.3.1 歐盟HCPB概念
1.3.2 韓國HCCR概念
1.3.3 中國HCCB概念
1.3.4 小結
1.4 本論文的研究意義及目的
1.5 本論文的創(chuàng)新點及主要工作
第二章 包層整體結構及模塊設計
2.1 設計原則及要求
2.1.1 設計原則
2.1.2 設計要求
2.2 包層材料選取
2.2.1 結構材料
2.2.2 氚增殖材料
2.2.3 中子倍增材料
2.2.4 面向等離子體材料
2.2.5 小結
2.3 包層設計方案
2.3.1 堆內布置方案
2.3.2 典型包層基本結構
2.3.3 包層冷卻劑流動設計方案
2.4 本章總結
第三章 包層熱工水力學初步設計與優(yōu)化
3.1 熱工水力學分析的目的與方法
3.1.1 分析目的
3.1.2 分析方法
3.2 結構及熱工關鍵尺寸探索
3.2.1 第一壁
3.2.2 增殖單元分析
3.3 本章總結
第四章 包層熱工水力學最終設計與分析
4.1 中子學分析
4.2 包層冷卻劑分配詳細分析
4.3 各子模塊熱工流體分析
4.3.1 第一壁
4.3.2 筋板/蓋板
4.3.3 增殖單元
4.4 各子模塊集成設計與分析
4.4.1 增殖單元-筋板-第一壁集成分析
4.4.2 增殖單元-筋板-第一壁及側壁集成分析
4.4.3 增殖單元-筋板-第一壁局部集成分析
4.5 本章總結
第五章 包層冷卻劑分配腔體流動設計與分析
5.1 分析目的以及方法
5.1.1 分析目的
5.1.2 分析方法
5.2 各腔體單獨分析及優(yōu)化
5.2.1 增殖單元腔體
5.2.2 大背板腔體1
5.2.3 大背板腔體2
5.2.4 大背板腔體3
5.3 本章總結
第六章 包層及模塊結構應力分析
6.1 分析目的以及方法
6.1.1 分析目的
6.1.2 分析準則及方法
6.2 分析模型及網格
6.3 P-type分析
6.3.1 正常運行工況分析
6.3.2 事故工況分析
6.4 S-type分析
6.5 本章總結
第七章 總結與展望
7.1 主要研究成果
7.2 展望
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學術論文與取得的其他研究成果
本文編號：3971725
【文章頁數】：152 頁
【學位級別】：博士
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ABSTRACT
第一章 緒論
1.1 聚變堆研究背景及進展
1.1.1 聚變堆及其包層概述
1.1.2 國際聚變堆研究背景和進展
1.1.3 HCCB-DEMO研究背景
1.2 ITER及其實驗包層概況
1.3 氦冷固態(tài)氚增殖劑包層研究背景及進展
1.3.1 歐盟HCPB概念
1.3.2 韓國HCCR概念
1.3.3 中國HCCB概念
1.3.4 小結
1.4 本論文的研究意義及目的
1.5 本論文的創(chuàng)新點及主要工作
第二章 包層整體結構及模塊設計
2.1 設計原則及要求
2.1.1 設計原則
2.1.2 設計要求
2.2 包層材料選取
2.2.1 結構材料
2.2.2 氚增殖材料
2.2.3 中子倍增材料
2.2.4 面向等離子體材料
2.2.5 小結
2.3 包層設計方案
2.3.1 堆內布置方案
2.3.2 典型包層基本結構
2.3.3 包層冷卻劑流動設計方案
2.4 本章總結
第三章 包層熱工水力學初步設計與優(yōu)化
3.1 熱工水力學分析的目的與方法
3.1.1 分析目的
3.1.2 分析方法
3.2 結構及熱工關鍵尺寸探索
3.2.1 第一壁
3.2.2 增殖單元分析
3.3 本章總結
第四章 包層熱工水力學最終設計與分析
4.1 中子學分析
4.2 包層冷卻劑分配詳細分析
4.3 各子模塊熱工流體分析
4.3.1 第一壁
4.3.2 筋板/蓋板
4.3.3 增殖單元
4.4 各子模塊集成設計與分析
4.4.1 增殖單元-筋板-第一壁集成分析
4.4.2 增殖單元-筋板-第一壁及側壁集成分析
4.4.3 增殖單元-筋板-第一壁局部集成分析
4.5 本章總結
第五章 包層冷卻劑分配腔體流動設計與分析
5.1 分析目的以及方法
5.1.1 分析目的
5.1.2 分析方法
5.2 各腔體單獨分析及優(yōu)化
5.2.1 增殖單元腔體
5.2.2 大背板腔體1
5.2.3 大背板腔體2
5.2.4 大背板腔體3
5.3 本章總結
第六章 包層及模塊結構應力分析
6.1 分析目的以及方法
6.1.1 分析目的
6.1.2 分析準則及方法
6.2 分析模型及網格
6.3 P-type分析
6.3.1 正常運行工況分析
6.3.2 事故工況分析
6.4 S-type分析
6.5 本章總結
第七章 總結與展望
7.1 主要研究成果
7.2 展望
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致謝
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