基于CFD方法的TBM模块第一壁水力学分析.pdf

第36卷 第3期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vo1．36．No．3 2016年 9月 NuclearFusionandPlasmaPhysics Sep．2016 文章编号2016)03～0219—05 DOI：i0．16568~．0254．6086．201603006 基于CFD方法的TBM 模块第一壁 水力学分析 周 冰，赵 周，武兴华 (核工业西南物理研究院，成都 610000) 摘 要：基于计算流体动力学(CFD)方法，结合首个完整的模块系统对第一壁以及与其相连接的两个隔板结 构进行了热工水力分析，包括压力分析、流速分析、流量分配分析、对流换热系数分析。给出了所有分析的计算 结果。同时将数值模拟计算得到的对流换热系数与相关经验公式推导得到的结果进行了比较，基本一致。 关键词：第一壁；聚变堆 ；CFD；热工水力分析 中图分类号：TL621 文献标识码：A 1 引言 结构体之间的氚增殖剂 Li4SiO4球床和中子倍增剂 基于计算流体动力学(CFD)方法的热工水力计 Be球床共同组成。 算已经在裂变堆研发和裂变堆核电厂设计中广泛 第一壁是包层最内层面对等离子体的部件，因 使用。但是在裂变堆计算中由于大部分反应堆冷却 此它的安全可靠性直接影响包层模块的稳定性。第 剂为水，对于以水为流体介质的研究相对较多，而 一 壁的设计必须能承受表面热负载和中子壁负载， 对于以氦气为冷却剂的聚变堆设计研究相对较少。 这将在结构材料产生热负载和热沉积，为控制第一 本文介绍了聚变堆中的第一壁设计，并将数值模拟 壁结构材料的温度，必须在第一壁内部设计氦气冷 的计算方法引入试验包层设计工作，对试验包层第 却管道来冷却。为了满足第一壁安全可靠性和整体 一 壁内的冷却剂氦气进行了数值计算，并将数值模 设计的需要，并参考欧洲的设计经验，在设计第一 拟计算结果与相关经验公式推导得到的结果进行 壁时考虑了3条准则： 了对比，用以验证在氦冷回路中 CFD计算的准确 (1)第一壁流体系统总压降小于O．1MPa； 性，并根据CFD计算的结果验证了设计的可行性。 (2)第一壁各子通道中的冷却剂流量偏差小于 l0％： 2 流体分析 目的 (3)第一壁中流体与结构壁面的对流传热系数 必威体育精装版设计的聚变堆试验包层模块…沿极向共有 大于 3000W ·(m K·)_。。 为了验证设计结构满足上述 3条准则，使用 4个独立的氚增殖子模块，子模块的结构如图 l所 示。子模块主要由面向等离子体的第一壁、上／下盖 CFD 的方法对第一壁以及与其相连接的前后隔板 板、4个u形增殖区冷却板、竖直筋板、后板、冷 进行了冷却剂氦气的流场分析。 却N／提氚气体连接管道等结构体以及内置在这些 收稿 日期 ：2015_01—23；修订 日期 ：2016-05一l2 作者简介：周冰(1981一)，男，四川内江人，工程师，硕士，从事热工水力与数值模拟工作。 核聚变与等离 体物 D