红外无损检测在面向等离子体部件检测的应用

建立了主动式内热源激励的红外无损检测平台,并进行了不同缺陷大小的EAST W/Cu 面向等离子体部件(PFC)的无损检测实验(NDT),得到试件表面的红外热图。通过最大温差值融合法消除由试件表面发射率不均匀引起的温度误差,通过快速离散傅里叶变换法提高了图像的信噪比,实现了对W/Cu 面向等离子体部件缺陷的分辨。通过数值模拟的手段对可能影响该检测技术的关键因素进行了定量分析。     

水冷包层模块局部模型流量分配数值模拟

用JAEA 水冷包层(WCSB)模块侧壁的流量分配实验验证了SST 湍流模型,建立了水冷包层模块第一壁的数值分析模型,研究了第一壁各冷却管中的流量分配情况。分析结果发现,第一壁模型入口集管中存在复杂的流动行为,冷却剂可以明显的区分为主流和逆流两大部分,其中主流进入冷却管的位置是影响流量分配的主要因素,逆流区形成了一系列次级涡流和沿管壁的环向流动。分析结果表明,在第一壁模型中,在所以条件下,各冷却剂通道中存在流量分配不均匀现象,流速最大值与最小值偏差均小于2%。     

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建立了主动式内热源激励的红外无损检测平台,并进行了不同缺陷大小的EAST W/Cu面向等离子体部件(PFC)的无损检测实验(NDT),得到试件表面的红外热图。通过最大温差值融合法消除由试件表面发射率不均匀引起的温度误差,通过快速离散傅里叶变换法提高了图像的信噪比,实现了对W/Cu面向等离子体部件缺陷的分辨。通过数值模拟的手段对可能影响该检测技术的关键因素进行了定量分析。     

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ITER聚变装置在运行过程中会产生大量的灰尘,当发生事故冷却水进入时,与热的灰尘发生反应产生氢气。氢气聚集后可能会燃烧甚至爆炸,对装置产生破坏。运用CFD的方法对“Wet Bypass”事故后反应产生的氢气风险进行了分析评价,得出在事故的初始阶段氢气达到了燃爆的风险,不同流量的冷却水泄漏进入真空室内会带来不同的氢气风险强度,在冷却水进入量十分大的情况下会惰化灰尘产生的氢气风险。并对注入二氧化碳惰化真空室气体空间的措施进行了分析,在事故发生的初期以较大速率充入二氧化碳能够降低氢气带来的风险。     

ITER 失真空事故下铍灰尘分布的数值研究

采用计算流体动力学方法,通过对ITER 装置的设计结构进行合理简化,建立了ITER 装置的三维计算模型,研究了失真空事故下铍灰尘在ITER 装置内的迁移进程,得到了铍灰尘在ITER 装置内的分布情况。通过分析铍灰尘在不同截面高度、不同时刻的分布特性,得到以下结论：随着高度增加,截面位置上的铍灰尘体积分数呈下降趋势;随着时间推移,截面位置上的铍灰尘体积分数呈上升趋势。     

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采用计算流体动力学方法,通过对ITER装置的设计结构进行合理简化,建立了ITER装置的三维计算模型,研究了失真空事故下铍灰尘在 ITER 装置内的迁移进程,得到了铍灰尘在 ITER 装置内的分布情况。通过分析铍灰尘在不同截面高度、不同时刻的分布特性,得到以下结论：随着高度增加,截面位置上的铍灰尘体积分数呈下降趋势;随着时间推移,截面位置上的铍灰尘体积分数呈上升趋势。     

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用JAEA水冷包层(WCSB)模块侧壁的流量分配实验验证了SST湍流模型,建立了水冷包层模块第一壁的数值分析模型,研究了第一壁各冷却管中的流量分配情况。分析结果发现,第一壁模型入口集管中存在复杂的流动行为,冷却剂可以明显的区分为主流和逆流两大部分,其中主流进入冷却管的位置是影响流量分配的主要因素,逆流区形成了一系列次级涡流和沿管壁的环向流动。分析结果表明,在第一壁模型中,在所以条件下,各冷却剂通道中存在流量分配不均匀现象,流速最大值与最小值偏差均小于2%。     

氚在锆合金包壳材料中的扩散行为模拟

基于氚扩散基本模型建立了氚扩散行为一维模拟程序,对模拟程序进行了典型实验验证,模拟结果与实验结果符合较好。分析了不同氚浓度、温度分布对锆合金包壳材料中氚的扩散行为的影响。分析结果表明:包壳-芯块间隙内氚浓度的升高会导致进出包壳的氚扩散通量提高,渗透通量增大;由于包壳氧化层相对较低的扩散系数,包壳氧化层的存在对氚渗透有较大的限制作用;温度对氚扩散速率的影响很显著,温度越高,扩散速度越快;锆合金外表面氧化层的相对低温限制了氚渗透出包壳管的速率,温度梯度导致的热致扩散有利于氚向包壳冷测扩散。     

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建立了聚变灰尘实验装置STARDUST相应的数值计算模型,用数值模拟对失真空事故(LOVA)实验物理过程进行了重现。模拟计算了该实验装置在不同位置处的破口产生LOVA后的速度场发展过程。给出腔室内关键位置速度变化曲线,并与实验所测量到的相应点的速度变化曲线进行了比较。结果表明应用计算流体力学所进行的数值模拟计算达到了对实验重现的目的,其中RNG k-ε湍流模型能够对发生失真空事故下的气体流动状态进行较好的模拟,而且可以较好地预测失真空事故的风险。     

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采用一体化安全分析程序,建立了ITER装置第一壁/包层及其主热传输系统、抑压系统的事故分析模型。对真空室内第一壁冷却剂管道双端断裂的失水事故进行计算,并选取单根冷却剂管道双端断裂和多根冷却剂管道双端断裂导致的失水事故工况进行热工水力行为的研究,分析相关系统的热力响应。分析表明,在发生第一壁冷却剂管道断裂事故后,由于冷却剂向真空室内释放,导致真空室内压力升高,之后由于抑压系统爆破盘的开启,可以有效缓解真空室内压力的升高,能够保障真空室系统满足设计限值。