【摘 要】
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中国聚变工程实验堆(Chinese Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)是用来弥补国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)和未来DEMO聚变示范堆之间的技术不足而设置的一个重要的托卡马克装置。中窗口插件是安装在CFETR主机赤道平面窗口的一个重要装置,它主要是用来安装各种
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中国聚变工程实验堆(Chinese Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)是用来弥补国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)和未来DEMO聚变示范堆之间的技术不足而设置的一个重要的托卡马克装置。中窗口插件是安装在CFETR主机赤道平面窗口的一个重要装置,它主要是用来安装各种相关测量等离子体参数的设备以及诊断仪器,方便及时对其进行调整,同时由于少量来自堆芯内部的高能中子及伽马射线会穿过CFETR中窗口逃逸出去,会直接威胁到超导磁体的安全,因此对CFETR中窗口设计一个窗口插件是十分有必要的。本文的主要工作就是依据CFETR中窗口边界条件及功能要求,提出了一种全新的中窗口插件模块设计方案,建立了三维模型并进行了机械性能评估。由于窗口插件受到大量的核热,因此我们设计了多种冷却流道,以增强散热效果;同时考虑到拆卸维护方便,我们设计了由四块钢板组成的半封闭腔体结构,采用焊接的方式将其固定,从而保证插件模块能够安全稳定运行。本文采用CFX对窗口插件进行流体分析,获得了不同工况下窗口插件各模块之间的温度分布云图,分析表明,窗口插件与流体温升幅度较大,且随着聚变功率的增加而增加,但最高温度不超过材料的许用温度。根据三维模型,完成了窗口插件的重力载荷分析,可以得到窗口插件在重力载荷载荷条件下的应力及变形结果,分析表明,窗口插件结构满足设计要求;根据三维模型,完成了窗口插件结构的地震载荷分析,可以得到窗口插件结构在地震加速度载荷条件下的应力及变形结果,分析表明,窗口插件结构满足设计要求;根据三维模型,采用Maxwell软件完成了真空室和窗口插件的电磁载荷分析,得到了窗口插件模块的电磁力与力矩的大小,分析表明:窗口插件前端所受的电磁力最大,其中径向最为显著,为后续多物理场耦合分析提供载荷源项。由于在实际运行状态下,窗口插件不可能受到单一载荷的作用,为了获得较为全面的机械性能情况,因此对其进行了多物理场耦合分析研究,本文主要进行了热-结构耦合分析、地震-结构耦合分析、电磁-结构耦合分析以及热-电磁-地震-结构耦合分析,同时根据SDC-IC设计标准,对分析结果进行校核,结果表明,窗口插件结构满足设计要求。图[77]表[15]参[74]
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