Исследование параметров теплосъема в тепловоспринимающих элементах инжекционных систем термоядерных установок

• Автор: Наумов, Владимир Константинович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 203 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава1. Введение
1. Обзор современных подходов по материалам научных публикаций
1.1 Термоинерционная система теплосъёма
1.2 Приёмники с активной системой охлаждение
1.3 Выводы
Глава 2. Формулировка теоретико -расчётной модели определению параметров теплосъёма в тепловоспринимающих элементах приёмников пучков, содержащих интенсификаторы теплообмена-скрученные ленты
2.1 Математическая формулировка основных уравнений и граничных условий
2.1.1 Общая постановка
2.1.2 Метод адиабатических сечений
2.1.3 Сопряжённая задача определения поля температуры в потоке теплоносителя
2.1.4 Режимы теплосъёма
2.1.5 Критический тепловой поток
2.1.6 Распределение давления в потоке теплоносителя
2.2 Построение конечно-разностной схемы решения основных уравнений
2.3 Выводы
Глава 3. Термоупругие напряжения и термоциклическая усталость в конструкционном материале тепловоспринимающих элементов приемников пучков
3.1 Постановка задачи по определению термоупругих напряжений в сечениях тепловоспринимающих трубок
3.2 Численно-аналитическое решение модельной задачи
3.3 Оценка термоциклической усталости
3.4 Выводы
Глава 4. Экспериментальные исследования параметров теплосъёма в тепловоспринимающих элементах приёмников пучков
4.1 Модельные исследования параметров теплосъёма на фрагментах тепловоспринимающих элементов приёмников пучков токамака Т
4.1.1 Описание экспериментального стенда

4.1.1.1 Автоматизированная система управления экспериментом и обработки экспериментальных данных
4.1.1.2 Теплофизическое обоснование идентификации начала кризиса теплообмена в испытуемом модельном образце
4.1.1.3 Электронный блок управления теплофизическими процессами
4.1.1.4 Система модельного нагрева испытуемого фрагмента
4.1.2 Методика проведения экспериментов
4.2 Использование результатов экспериментов на теплофизическом стенде FE-200 EURATOM-CEA по коррекции численной модели
4.3 Выводы
Глава 5. Практическое применение полученных результатов для расчёта теплосъёма и термоупругих напряжений в тепловоспринимающих элементах приёмников пучков системы инжекции токамака Т-15 и ITER
5.1 Спецификация численной модели
5.2 Результаты расчётов термогидравлических и термопрочностных параметров теплосъёмных трубок приёмников пучков системы инжекции токамака Т
5.3 Результаты расчётов термогидравлических и термопрочностных параметров теплосъёмных трубок приёмников пучков модуля инжекции ITER
5.4 Влияние формы сечения трубчатых тепловоспринимающих элементов на теплофизические и термопрочностные характеристики по результатам расчётов теплосъёма в приёмниках пучков токамака Т-15 и ITER
5.5 Выводы
Глава 6. Выводы
Список публикаций автора
Библиография

£ — коэффициент гидравлического сопротивления;
X, — весовое расходное паросодержание;
Ху — объёмное паросодержание; г| — перегрузка в закрученном потоке;
ст — упругие напряжения, МПа, поверхностное натяжение, Н/м ; s — деформация;
аь— коэффициент линейного расширения, 1/К;
Е — модуль упругости Юнга, МПа; ц — динамическая вязкость, коэффициент Пуассона;
U — напряжение, В;
I — ток, А;
Р — давление, МПа;
G — массовый расход, кг/с.
ПОДСТРОЧНЫЕ ИНДЕКСЫ
у — текучесть; m — максимальное, i — внутренняя, импульс, р — пауза; е — внешняя; пл — плавление; f — жидкость;
v — пар, закрученный, объёмный;
tt — скрученная лента;
g — гидравлический;
сг — критический;
s — на линии насыщения;
sub — недогрев;
а — анод, осевой;
рас — расчетная;
h —«горячий»;
с —«холодный», стенка;
t — турбулентный, тангенциальный.
-ЪЬг-
лительность импульса 1-30с; число импульсов 2 1 04—106; выходная мощность пучка 3 МВт.
максимальная плотность мощности пучка на расстоянии 640 см от источника - 150 МВт/м2; сечение пучка на выходе из источника 132x437 мм.
2. Параметры приёмника.
внутренний диаметр трубки 6.3 мм и толщина стенки 1.6 мм; угол между створками приёмника и осью пучка 13° и 21°;
расход воды: общий — 41.6 л/с., через трубку с завихрителем — 0.33 л/с. с осевой скоростью воды в трубке 11.6 л/с.
давление воды на входе — 1.45 МПа, на выходе — 0.31 МПа; среднемассовый нагрев воды 15.7° ; измеряемая мощность 2.7 МВт.
максимальная плотность мощности теплового потока на поверхности трубки 54 МВт/м2
Трубки приёмника не соприкасаются друг с другом и за счёт изгибов на концах обеспечивают компенсацию термических расширений, минимизируя прогиб и термические напряжения в материале. В процессе испытаний приёмник подвёргся воздействию импульсов пучка с суммарной длительностью 10 с без заметных признаков деградации. Оценка критического теплового потока при указанных выше параметрах содержится в работе [12] на основе численной модели охлаждения трубок с завихрителем. Основа этой модели - решение плоской задачи растекания теплового потока по толщине стенки в кольцевом сечении трубки с завихрителем при подводе максимальной плотности мощности пучка нейтральных атомов, расположенного в вершине стыка У-образных створок. Распределение нормальной составляющей внешнего теплового потока имеет вид (асимметричный нагрев):
Теплообмен на внутренней стенке кольца смешанный- на части границы однофазная вынужденная конвекция с коэффициентом теплоотдачи в форме Gambill (1.9) с учётом интенсифицирующего эффекта скрученной ленты, на остальной части- кипение в вынужденном потоке теплоносителя с аппроксимацией коэффициента теплообмена по методу Bergles - Roh-senow [34] и привлечения кривой кипения в форме Thom [29]:
(1.21)