基于Fluent的ITER外真空杜瓦的传热分析研究

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国际热核聚变实验堆(ITER)是一项正在研究的大型国际合作项目,也是目前认识到的可以最终解决人类社会能源问题的重要途径之一。ITER计划的目标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。外真空杜瓦是ITER上的重要装置,它是ITER装置的最外侧部件,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,由于杜瓦壳体内外温度不同,杜瓦壳体会有一定范围的温度分布,为了使杜瓦壳体的热应力不至于影响到杜瓦壳体本身的安全和稳定,需要进行传热分析,研究杜瓦壳体的温度分布,为后续的传热优化和热应力分析提供了依据和参考。  本文分析了外真空杜瓦的传热过程,考虑了流固耦合作用对杜瓦壳体温度分布的影响,先在CATIA中建立了杜瓦的几何模型,再在Gambit中建立用于传热分析的杜瓦的数值模拟模型。对杜瓦的数值模拟模型进行网格的划分并对其加载传热边界条件,运用CFD软件Fluent进行杜瓦的传热分析。  考虑了三种换热方式对杜瓦壳体温度分布的影响,用Fluent对杜瓦数值模拟,得到在每种换热方式下,杜瓦壳体的温度分布。考虑杜瓦所处的真实环境,对杜瓦进行传热分析并得到杜瓦壳体的温度分布。研究冷屏的热辐射发射率对杜瓦壳体温度分布的影响,得出提高发射率可以有效控制杜瓦壳体的温度分布范围值的结论。
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