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 DesignModeler
Program pro tvorbu výpočetní sítě - Ansys Meshing
Simulace proudění - Ansys Fluent 15.0

1_cvut.jpg
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).

2_cvut.jpg
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

Vývoj letounu pomocí numerických simulací

Numerické simulace pomáhají zkrátit dobu vývoje a snížit vývojové náklady.

Simulace proudění vzduchotechnickými klapkami

Využití počítačové simulace proudění k ověření koeficientů tlakové ztráty s cílem snížit/eliminovat náklady na měření.

Využití software Ansys při vývoji tokamaku COMPASS-U

Tokamak je v současné době nejpokročilejším konceptem pro praktickou realizaci řízené jaderné fúze pro výrobu energie v…

Nosná struktura vozidel TATRA

Rychlé a efektivní použití moderního numerického systému Ansys umožňuje velmi rychle reagovat na potřeby zákazníků a…