包层模块几何特征对MHD流动和流道插件力学行为的影响

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作   者：

李明健;  陈龙;  张哲妍;  倪明玖;  张年梅; 

作者机构：

中国科学院大学工程科学学院;  天津大学求是学部; 

关键词：

多物理耦合场;  包层模块;  传热;  热应力;  MHD; 

期刊名称：

中国科学:技术科学

基金项目：

聚变堆环境下磁-热-流-固耦合场的非定常流动传热研究

i s s n：

1674-7259

年卷期：

2019 年 10 期

页   码：

1186-1196

摘   要：

在国际热核聚变反应堆中,液态包层是能量转换的关键部件,位于包层模块内的流道插件(FCI)的主要作用是绝缘和绝热,流道插件的几何尺寸对包层内MHD流动特性、传热性能和结构安全性有很大影响.本文应用相容守恒格式的有限体积法分析磁场作用下金属流体的流动行为和温度场特点,并采用顺序耦合的方式,用有限元方法分析流场和温度场对结构的应力应变产生的影响.详细研究了流道插件厚度和间隙区宽度对MHD流动传热的作用,并引入无量纲数定量分析包层的传热效率.研究结果表明,插件厚度和间隙区宽度非线性、非单调地影响着传热效率、MHD压降、第一壁温度和流道插件的热应力.通过对大量计算数据的分析,本文建立了MHD压降与间隙区宽度的关联式;综合热效率、压降、第一壁温度和结构热应力作用,推荐了包层结构设计方案.本文为包层模块的优化设计提供了理论基础.