Chladicí heliové kanály pro odvod extrémních tepelných toků fúzního reaktoru DEMO

Díky výpočtu a následnému vyhodnocení je patrné, které oblasti modulu jsou tepelně nejvíce namáhány, což usnadňuje případnou geometrickou optimalizaci.

logo_CVUT.jpg

Zadání projektu

Společnost: ČVUT v Praze, Fakulta strojní - Ústav energetiky 

Název reference: Chladicí heliové kanály pro odvod extrémních tepelných toků fúzního reaktoru DEMO

Autor reference: Ing. Zácha, Pavel, Ph.D.

Použitý software:
Program pro tvorbu geometrie - Ansys Design Modeler
Program pro tvorbu výpočetní sítě - Ansys Meshing
Simulace proudění - Ansys Fluent 15.0

První stěna plodícího blanketu DCLL.

Zadání úlohy a motivace

Cílem diplomové práce bylo vyhodnocení termohydraulických parametrů návrhu modulu plodícího blanketu DCLL (Dual-Cooled Lead-Lithium) vyvíjeného pro fúzní reaktor DEMO. První stěna plodícího blanketu je vystavena velmi vysokému tepelnému toku do stěny a objemovému vývinu tepla, které je nutné odvést chladicími heliovými kanály tak, aby nedošlo k překročení limitních teplot konstrukčního materiálu (žárupevná ocel EUROFER, max. 550°C).

Okrajové podmínky pro model první stěny (příčný řez).

Řešení úlohy

Byl vytvořen model periodicky opakující se části první stěny s dvěma protiproudými heliovými kanály (studený-sestupný a horký-vzestupný), viz Obr. 2. Stěna zahrnuje i vrchní 2 mm silnou ochrannou vrstvu wolframu, na které byla nastavena podmínka tepelného toku 0,5 MW/m2. Ve stěnách modulu pak byl definován objemový vývin tepla 6,85 MW/m3. Byla sledována teplotní pole chladiva a EUROFERu.

Výsledky výpočtu a přínosy pro zákazníka

Hlavními výsledky byly teplotní profily chladiva a tělesa modulu, viz Obr.3 – 5. Maximální teplota na rozhraní wolframu a EUROFERu dosáhla 604 °C, a tedy došlo k překročení limitní teploty 550 °C. Z výsledků je také patrné, které oblasti modulu jsou tepelně nejvíce namáhány, což usnadňuje případnou geometrickou optimalizaci. Dosažené výstupy dále posloužily jako podklad pro následné pevnostní analýzy.

3_cvut.jpg

Stanovení nejteplejšího místa v příčném řezu první stěny pro dané podmínky

4_cvut.jpg

Teplotní profily v horkých místech podél svislé osy (souřadnice y)

5_cvut.jpg

Teplotní profily podél osy z: a) na rozhraní wolframu a EUROFERu, b) v řezu heliovými kanály.

 

Využívaný software

ANSYS Fluent

ANSYS Fluent

Program ANSYS Fluent je nástroj pro 2D/3D počítačovou simulaci proudění (CFD). Jeho charakteristickým rysem je jeho…

ANSYS Meshing

ANSYS Meshing

ANSYS Meshing je program vhodný pro vytváření hybridních výpočetních sítí pro 2D a 3D geometrie. Pro CFD simulace jsou…

ANSYS DesignModeler

ANSYS DesignModeler

ANSYS DesignModeler je program určený pro tvorbu a úpravu 2D a 3D geometrií pro CFD a FEA analýzy.

Další případové studie

Simulace experimentů modelujících roztavenou aktivní zónu ve dně tlakové nádoby jaderného reaktoru

Zadržení roztavené aktivní zóny ve dně nádoby tlakovodního jaderného reaktoru (IVR, In-Vessel Retention) je jedna z…

Proudění vzduchu v brzdovém posilovači

Na základě známých vlastností sériových posilovačů byly vybrány dva reprezentativní vzorky s různým vnitřním…

Modelování stolku Mahle 94400 se středovým topením

Připravit model výhřevu rotujících vřeten na rotačním stolku Mahle 94400 se středovým topením, analyzovat teploty v…

Simulace míšení chladiva během události vedoucí k tlakově teplotnímu šoku pomocí CFD programu Ansys Fluent

Vyhodnocování tlakově teplotních šoků je důležitá úloha pro jadernou bezpečnost.