包层调研报告(2)

HCPB包层设计基于以下要求：

? 陶瓷增殖剂和中子倍增剂以一种平坦的球床形式被冷却板包含和冷却，其中球床和冷却板被包含在包层的第一壁中。

? 陶瓷球床是由铝的正硅酸盐或偏钛酸铝制成的统一尺度的球床。 ? 一毫米的直径是球床唯一的尺度。

? 结构材料是RAFM钢（Reduced Activation Ferritic Martensitic steel）

? 面向等离子体的壁是由U形的结构构成的，它同包层模块的另外一侧的壁共同构成第一壁。氦通道包含在这种U形结构中。氦气以一种径向-环向-径向的形式流动。

? 陶瓷增殖燃料被含有氦冷却剂管道的冷却剂板冷却。 ? 在8MPa的高压下，包层模块和包层结构被氦冷却。

? 在低压（0.1MPa）下的分离净化气体系统带走了增殖材料产生的氚。该系统也使氚的分压足够低，避免氚在主冷却剂系统中的过量渗漏。

图2.1.2 三维的HCPB包层的分解示意图

2.1.1 HCPB工程描述

HCPB – TBM是由以下几个部分组成： ? 第一壁FW ? 盖板Caps ? 栅格Grid

? 增值区BU（Breeder Units）

? 背板和歧管/集合管Back Plate/Manifold

HCPB -TBM被安置于框架结构的上半部分。极向方向和环向方向的尺寸分别是780mm和1310mm，径向方向的最大尺寸是800mm。如果考虑到相邻HCPB- TBM之间的20mm的间隔，每个HCPB- TBM的尺寸是740mm高1270mm宽。第一壁是没有曲率的片面，考虑到第一壁的结构，它的最小厚度是20mm。2mm厚的铍层保护着HCPB- TBM第一壁。如果包含机械接触在内，HCPB- TBM的径向尺寸大约为700mm。

图2.1.3 HCPB -TBM的结构分解示意图

HCPB-TBM第一壁中，通道总数是14个（42个单一的通道），这些通道在弯曲板面两头的末梢截止，交界面处布有孔道。这些小孔被排成了两排并分别对应着出口集合管和入口歧管。管的出口端和入口端分别在板的两端交替，结构如下图所示。

图2.1.4 HCPB -TBM的FSW管道结构示意图

40mm厚的模块箱的上下两面是由盖板构成。就像第一壁一样,为了达到冷却的目的，盖板被很多冷却管道所覆盖。为了调控冷却能力，盖板被许多长度不一的冷却管覆盖，以便适应系统产生的特殊功率。盖板是有由两个厚度相等的平板构成。其中的冷却管的极向方向截面是20mm，径向方向的截面是10mm。盖板焊接在FSW上，形成HCPB-TBM的上下两个面。

图2.1.5 盖板上的冷却剂通道示意图

栅格可以让包层承受冷却剂系统中的8ＭPa的压力。氦气流经其内部曲折的通道（如下图所示），使得栅格得到充分冷却。除了钢片本身的热量以外，它还带走了增值模块里的热量。栅格所移走的热量占总热量的20％～30％，所以它的冷却能力是不可忽视的。

图2.1.6 栅格整体（左）和栅格上的冷却剂通道（右）

HCPB的增值模块由四个容器和一个支撑板构成，容器中填充有陶瓷增殖球（LiSiO/LiTiO）。容器的外表面和加固栅格之间被铍球填充，BU是HCPB的重要部分，它直接决定了HCPB的很多性能，如TBR、热效率（由He的最大出口温度所决定）、热力学性能和等。

图2.1.7 HCPB的增殖模块示意图

图2.1.8 BU冷却板上的氦冷却剂管道的排布示意图

背板位于TMB的尾部，起到机械加固作用的同时，也构成了高压歧管/集合管系统，该系统为TMB的各部分（FW、BU、盖板、栅格）供给氦气，背板也为低压净化系统（low pressure purge system）提供歧管/集合管。TBM的最尾部设计安装的是接口系统（TMB port plug Interface System PP-IS）。

PP-IS由以下几个子系统构成：

a. 机械固定系统(echanical attachment)； b. 管道连接系统(Pipe connections)； c. 接地系统(Grounding)；

d. 抓取系统(gripping system)。

图2.1.9 PP-IS的机械固定系统

2.1.2 HCPB中子学分析

HCPB-TBM的中子学计算是由MCNP-4C完成的，其中的核截面数据来自FENDL-2 data 实验室。一个20度的圆环截面模型是计算的基础。已经计算出了HCPB-TBM 每个栅元中所产生的核功率。一个HCPB-TMB的总功率大约是0.67MW。

图2.1.10 嵌有HCPB-TMB的ITER MCNP模型的径向-极向切面图

2.1.3 HCPB热工水力学分析

包层里的冷却剂流动方案取源于 DEMO blanket。模拟对四分之一的TBM进行了热工水力学评估。

热分析和热工水力学分析 ? 工具：ANSYS

目标：分析不同参数下的2D和3D TBM模型，计算温度场和应力场。 ? 工具：RELAP/ATHENA codes 目标：模拟瞬态，整个He回路。 ? 工具：STAR-CD

目标：3D流体力学计算，分析MFs和FW通道的流速、压降和导热系数。

冷却剂首先流过FW，然后平行地流过盖板和栅格，最后流过增殖区。为了增加TBM的可控性和FW与BU的冷却去耦效应，冷却剂在流过FW之后，流入BU之前，设置了一个冷却剂的旁路。

图2.1.11 HCPB-TBM氦冷却剂流动方案

图2.1.12 HCPB-TMB FW中的冷却剂管道实物图（左），冷却剂管道的横截面（右）

在分析第一壁内冷却剂管道截面的温度时可以发现，对于两种不同的冷却剂管道排布方式，来回循环的冷却剂流动方案比单一方向的冷却剂流向设计地更加合理。如下图所示，对于单一流向的冷却剂管道内，氦冷却剂被加热的部分只集中在等离子体一侧。相比于前者，来回流向的冷却剂管道内氦的加热区域除了等离子体受热面以外，上下侧区域也被加热，增大了冷却剂的受热体积，提升了冷却剂的冷却效率，更加有利于FW/FSW的降温。

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库包层调研报告(2)在线全文阅读。