包层第一壁流道强化换热及增殖球床导热性能实验研究

摘要

国际热核聚变实验堆（ITER）包层对流换热性能以及传热性能，是包层研究中重要的参数。各个参与国的科学家都在对其热力学性能进行模拟研究。许多计算结果已经运用到包层结构实际加工过程中。但这些数据的准确性值得怀疑。基于这一点，本文通过实验方式对包层的热力学性能进行研究。
　　本文基于现有包层第一壁模型结构，搭建对流换热试验台架。设计数据采集系统，加热系统及实验气路。对流换热试验采用全工况实验方式，对不同雷诺数、管道截面、以及热流密度下第一壁流道对流换热能力进行实验。针对25mm宽管道进行数值建模，并比较实验与模拟结果的差异。为了解包层增殖模块传热规律，建立包层球床等效导热率测量的实验装置。其中Li2TiO3球床由1-1.5mm直径的陶瓷小球组成，并放置在宽度为20mm的圆柱形空间内。探索不同温度，填充率，填充气体情况下，球床等效导热率变化情况。
　　换热实验结果表明，热流密度对管道的对流换热能力影响很小。但高热流密度，尤其是在高雷诺数下，会提高实验数据测量的准确性。管道截面对流道的对流换热能力影响很大，25×25mm宽方形管道的对流换热效果最好，当雷诺数超过70000以后这种效果更加明显。异型弯管改进方案，可以强化流道整体以及弯头局部的对流换热效果。与普通弯头流道比较，流道损失增加较少。数值模拟与试验得到的壁面温度和管道压降变化趋势基本一致，最大误差小于9％，采用该方法对包层进行数值模拟是可行的。球床实验测量不同球床平均温度和填充率情况下的等效导热率。填充率为88%的球床实验结果表明，等效导热率与球床平均温度成正比。但近壁面处传热系数基本不变，其平均值约为254W/m2K。不同的填充率对球床等效导热率影响很大。采用带振动的包层球床填充方式，有利于提高球床的换热性能。导热率差距较大的填充气体对球床等效导热率影响，取决于气体导热系数变化。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 聚变包层

1.2 包层研究现状

1.3 本文研究内容

1.4 本章小结

2 第一壁对流换热试验系统

2.1 试验台设计思路

2.2 试验台的搭建及系统调试

2.3 实验原理

2.4本章小结

3 对流换热实验

3.1 实验装置及工况

3.2 不同管径实验结果分析

3.3 异型管分析

3.4 总结分析并与模拟结果对比

3.5 本章小结

4 增殖球床实验

4.1 增殖球床实验装置及测量原理

4.2 温度对导热系数影响

4.3 填充率对导热系数的影响

4.4不同填充气体影响

4.5 本章小结

5 全文工作总结及今后工作展望

5.1 全文工作总结

5.2 今后工作展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文