2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、等離子體面壁材料的選擇是聚變裝置托卡馬克的關(guān)鍵問題,但到目前為止,還沒有真正合適的材料。鎢材料因?yàn)榫哂袩釋?dǎo)率高、熔點(diǎn)高、濺射率低、氚滯留率低等優(yōu)點(diǎn),成為首選的面壁材料。但是鎢材料在高瞬時(shí)熱流的作用下會熔化、汽化,熔化層在各種力(如表面張力、磁場力、壓強(qiáng)梯度力等)作用下的流動,導(dǎo)致材料形貌變化,影響材料的傳熱能力,誘發(fā)電弧,甚至液體鎢會以液滴的形式飛濺出去。這些作用不但縮短器壁的壽命,而且產(chǎn)生的鎢雜質(zhì)(原子、塵埃顆粒、液滴)將嚴(yán)重威脅等離

2、子體運(yùn)行。因此對瞬時(shí)熱流作用下鎢材料侵蝕的研究至關(guān)重要。
  本論文利用數(shù)值方法模擬研究了邊界局域模(edge localized modes,ELMs)熱負(fù)荷對鎢偏濾器靶板的侵蝕。在未來聚變裝置例如國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆(ITER)中強(qiáng)ELMs作用下,鎢偏濾器靶板會熔化,甚至汽化。在熔化和汽化過程中,相變界面隨時(shí)間不斷變化,熔化層流動也會導(dǎo)致液體表面的位置隨時(shí)間不斷變化。本論文根據(jù)研究問題的需要,對所建立的模型采用有限體積法追蹤

3、界面的位置,較理想地計(jì)算了鎢壁各個(gè)時(shí)刻的熔化速度及界面位置。論文在第一章緒論中介紹了工作的研究背景,第五章結(jié)論展望部分闡述了本工作的主要結(jié)論和創(chuàng)新點(diǎn),其它各章研究內(nèi)容分別為:
  第二章,為研究ELMs熱流對鎢偏濾器靶板的侵蝕,把偏濾器靶板簡化為一個(gè)平板,建立了一維對流傳熱模型,考慮了熔化、汽化和熱輻射效應(yīng)。利用自主開發(fā)的一維移動邊界對流傳熱程序,首先,針對EAST,采用實(shí)驗(yàn)中取得的ELMs能流密度,計(jì)算了鎢靶板的表面溫度分布。計(jì)

4、算結(jié)果顯示當(dāng)前第一類ELMs作用在鎢靶板上,在高約束模式運(yùn)行時(shí)間取32 s情況下,靶板表面溫度從350 K增加到373 K,表明在當(dāng)前的參數(shù)范圍內(nèi),只要避免其它更嚴(yán)重的瞬時(shí)事件如破裂的發(fā)生,ELMs本身不會帶來嚴(yán)重的威脅。然后,將ELMs的能量增加到接近未來ITER的能量范圍,計(jì)算了ELMs能流密度峰值、間隙間能流密度、頻率取不同值時(shí),鎢偏濾器靶板的溫度分布和熔化厚度。研究發(fā)現(xiàn),對于不同幅值的ELMs,當(dāng)其它參數(shù)相同時(shí),偏濾器靶板的表面

5、溫度(熔化厚度)與ELMs的能流密度峰值、間隙間能流密度以及頻率成正比。
  第三章,建立了二維對流傳熱的自洽模型,研究鎢偏濾器靶板瓦片在類似ITER運(yùn)行參數(shù)下ELMs過程中的侵蝕問題。針對不同形狀的鎢偏濾器靶板瓦片,考慮瓦片縫隙對等離子體行為、能流密度的影響,將利用二維邊緣等離子體動力學(xué)程序(2d3v PIC-MCC)計(jì)算得到的不同形狀瓦片表面的能流密度分布,作為自主開發(fā)的二維移動邊界對流傳熱程序的輸入?yún)?shù),計(jì)算了ITER中三種

6、不同形狀瓦片(直角瓦片、斜邊瓦片、圓角瓦片)在發(fā)生ELMs過程中的侵蝕程度。研究結(jié)果表明,每一種形狀瓦片都是在面向入射等離子體一側(cè)棱邊區(qū)域的表面溫度最高,熔化厚度最大,汽化厚度最大;在相同的ELMs能流作用下,圓角瓦片的侵蝕程度最小,而且表面曲率半徑越大,侵蝕程度越小。論文中分析了這些結(jié)果的原因。
  第四章,通過將二維熱傳導(dǎo)方程與流體力學(xué)的納維斯托克斯方程結(jié)合,建立了二維流體動力學(xué)模型,進(jìn)一步研究在ELMs強(qiáng)熱流轟擊下,鎢熔化層

7、在表面張力、壓強(qiáng)梯度力、磁場力等力的作用下流動時(shí),偏濾器靶板的侵蝕和形貌變化。在模型的數(shù)值求解中,采用交錯(cuò)網(wǎng)格的方法進(jìn)行離散,成功解決了液體表面追蹤的算法難點(diǎn),保證了鎢偏濾器靶板侵蝕程度計(jì)算的準(zhǔn)確性。研究結(jié)果表明,在ELMs過程中,鎢熔化層在表面張力、壓強(qiáng)梯度力、磁場力等各種力的作用下,會在熔化層兩側(cè)的邊緣區(qū)域形成類似山峰結(jié)構(gòu)的凸起,加重鎢偏濾器靶板的侵蝕程度。如果不考慮磁場力的作用,在空間分布為高斯形狀能流的作用下熔化層兩側(cè)的山峰結(jié)構(gòu)

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