超临界水冷聚变堆包层传热特性数值模拟与优化

"聚变堆超临界水冷包层传热特性的数值模拟研究" 本文主要探讨了聚变堆中超临界水冷包层的传热特性，并通过数值模拟进行了深入研究。作者团队，包括程杰、巫英伟、苏光辉、秋穗正和田文喜，使用了ANSYS-CFX这一流体计算软件来模拟超临界水在典型包层结构中的流动和传热情况。这项工作得到了国际热核聚变实验堆（ITER）计划专项的支持，其中程杰是博士研究生，主要研究方向为聚变堆热工水力与安全分析，而巫英伟是副教授，专注于核反应堆热工水力分析。 在研究中，他们分析了温度和压力的分布，以及冷却剂的传热特性，这些对于评估包层的性能和安全性至关重要。他们对结构进行了优化改进，以改善其冷却效率。结果显示，SSG雷诺应力模型是模拟超临界水冷包层湍流行为的最佳选择。此外，他们发现第一壁和增殖区材料的最高温度以及冷却剂的压力降都符合设计要求。 进一步的研究表明，通过将矩形流道的长宽比降低到1.0并引入圆角，可以有效地降低结构材料的最高温度和冷却剂的压降。这表明几何形状的优化对于提升包层的热效率具有显著影响。同时，增加质量流量或减少热流密度能增强冷却剂（超临界水）的传热能力，延迟传热性能的恶化。 关键词涵盖的领域包括聚变堆、超临界水冷包层、第一壁、增殖区、传热特性以及数值模拟，这些都是核聚变反应堆设计和运行中的关键问题。该研究对于理解和优化超临界水在核聚变堆中的应用，以及提高反应堆的运行安全性和效率提供了重要的理论基础和实践指导。 中图分类号：TL62，表明这是关于能源科学技术——核能部分的专题研究。这项研究通过数值模拟方法，对超临界水在聚变堆包层中的传热特性进行了详尽的分析，对于推动聚变能技术的发展具有重要意义。