氘氚旋转靶分析仿真研究

摘要

氘氚中子发生器现已被广泛应用于原子能、冶炼、生物化学、医药、食品、环境、核动力、地质勘探等各个领域,并且获得了诸多重要成果,尤其对于国防工业有着重要意义。在此类中子发生器中,加速的氘离子轰击旋转靶,与其中的氚发生核反应D+T→4He+n+17.6MeV,通过该反应能够得到14MeV单色中子,而旋转靶是中子发生器极其重要的部件,需要旋转靶有相当高的氚密度和热稳定性,为了防止温度过热而造成氚从靶片释放,通常认为必须将温度控制在200℃以下。
　　但是,根据目前传统的传热学、流体力学及固体力学等经典理论方法,很难准确求解此类涉及固体和流体的多物理场问题。为了解决这种多物理场问题,本文采取数值计算方法,运用仿真软件ANSYS WORKBENCH对旋转靶进行热固流耦合平均分析、瞬态分析仿真计算,得出其温度分布及相应的热应力。将各个分析仿真的计算结果进行对比,从中选出能够对其进行有效仿真分析的方法,从而为旋转靶设计提供依据和指导。
　　本文首先借鉴国内外氘氚中子发生器和旋转靶的相关研究及结构设计经验,完成了旋转靶总体结构的初步设计以及对旋转靶主要结构如旋转靶片及转轴、密封靶室结构等部件进行三维建模,并采用公式法及有限元法对靶片进行强度校核以及靶片受热的模拟计算。
　　接着对旋转靶模型进行简化,对旋转靶进行了热流固耦合平均分析及瞬态分析,仿真后得出旋转靶的温度分布情况及相应的热应力,最后根据各个分析的计算结果,分析各种仿真方法的优缺点。
　　本文选用ANSYS公司的ANSYS WORKBENCH仿真软件作为工作平台,对文中应用到的FLUENT及ANSYS Mechanical模块也做了简要介绍。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景和来源

1.2课题研究的目的和意义

1.3国内外研究现状

1.4课题研究的主要内容

第二章 数值求解方法及相关仿真软件简介

2.1 数值求解方法概述

2.2 仿真软件ANSYS WORKBENCH简介

2.3 本章小结

第三章 旋转靶系统的结构设计

3.1旋转靶系统的设计要求及内容

3.3旋转靶的相关校核

第四章 旋转靶的平均分析和瞬态分析

4.1旋转靶平均分析

4.2 旋转靶瞬态分析

4.3各个计算方法对比

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1本文总结

5.2展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况