基于Fluent的ITER杜瓦的辐射换热分析.pdfVIP

学兔兔 第6期 (总第 175期) 机 械 工 程 与 自动 化 NO．6 2012年 12月 MECHANICAL ENGINEERING AUT()MATION Dec． 文章编号 ：1672-64l3(2O12)O6—0004—02 基于Fluent的ITER杜瓦的辐射换热分析亲 田 杰 ，陈培最 ，庄 园 (合肥工业大学 机械与汽车工程学院，安徽 合肥 23OOO9) 摘要：在 ITER装置正常运行时，杜瓦内外温度不均，有一定的温度分布。考虑热辐射对杜瓦温度分布的影 响，建立 了用于辐射换热分析的杜瓦数值模拟模型，运用 CFD软件 Fluent对其进行数值模拟计算，得到杜 瓦的温度分布，为后续的热应力分析提供 了依据和参考 。 关键词 ：杜瓦；辐射换热；数值模拟 ；温度分布 ；Fluent 中图分类号 ：TL64 9 文献标识码 ：A 0 引言 统。其子装配图和总体结构如图 1所示。 国际热核 聚变实验堆 (Internationalthermonuclear experimentalreactor，ITER)计划是建造一个可 自持 燃烧的托卡马克核聚变实验堆 ，以验证热核聚变反应 堆的工程可行性和可靠性，并最终实现聚变能的商业 化 。杜瓦是 ITER装置 的最外侧部件 ，其主要功能是 提供真空环境，避免过多的热载荷传递到磁体系统和 冷屏等结构。ITER装置正常工作时，由于杜瓦 内外 温度不均 ，因此会有一定的温度分布。杜瓦 内部 的真 (a)子装 日B (b)总体 结构 空环境可以减少来 自外界的以对流换热和热传导方式 图 1 杜瓦子装配和总体结构 传人杜瓦的热量 ，热辐射对杜瓦的温度分布有一定 的 2 控制方程和辐射换热数学模型 影响，因此需要对杜瓦进行辐射换热分析。 能量守恒方程 ： 1 ITER杜瓦概述 +div( _div( adT)+ST 。 … (1) ITER杜瓦，从上到下主要由顶盖、上环体、下环体 和基座4大部分组成 ，各部分通过焊接或螺栓连接形成 其中：c为比热容；丁为温度 ；k 为流体的传热系数；lD 一 个整体。其中顶盖采用碟形封头设计 ，球径和过渡圆 为密度 ；“为速度矢量 ；t为时间；S 为流体的 内热源 弧的曲率半径分别为R一37200mm、r一1300mm，封 及由于黏性作用流体机械能转换为热能的部分 。 头的厚度为 50mm；上、下环体为圆柱壳结构，圆柱壳 湍动能方程： 的公称直径为 D一28520mm，壳体壁厚 t一80mm； lD一 +)尝]++G^一DI￡一YM。 基座使用平板封头 ，其支撑采用裙式支撑和圆柱支撑 相结合 ，裙座位于基座中央水平盘的上方，由沿圆周方 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (2) 向的 144个裙式肋板组成，18根支撑圆柱位于中央水 其中：G 为由平均速度梯度引起的湍动能；G 为 由浮 平盘的下方，沿环向阵列 ，是 ITER重力支撑系统 的重 力影响引起 的湍动能；YM为湍流脉动膨胀对总的耗散 要组成部分，主要用来支撑真空室冷屏和磁体馈线系