一种利用钨铜模块表面特征温度获取偏滤器靶板表面热流的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用钨铜模块表面特征温度获取偏滤器靶板表面热流的方法，涉及磁约束聚变领域。该方法为：在磁约束聚变实验装置运行时，通过高分辨红外热像仪测量偏滤器靶板钨铜模块表面温度分布，结合事先基于三维轮廓测量和热分析模拟计算的每个钨铜模块在不同环向平行热流值下的特征温度分布数据库，对比获取与温度分布测量一致的环向平行热流值，再通过不同环向位置模块的结果进行自洽校准，准确获取整个偏滤器靶板表面热流分布数据。本发明专利技术利用钨铜模块表面特征温度分布能准确获取偏滤器靶板表面热流值，为评估偏滤器靶板钨铜部件服役性能和寿命，以及装置物理运行控制和工程结构优化提供可靠热流数据。工程结构优化提供可靠热流数据。工程结构优化提供可靠热流数据。

【技术实现步骤摘要】
一种利用钨铜模块表面特征温度获取偏滤器靶板表面热流的方法


[0001]本专利技术属于磁约束核聚变领域，具体涉及一种利用钨铜模块表面特征温度获取偏滤器靶板表面热流的方法，所述方法为一种利用主动水冷钨铜偏滤器穿管模块表面特征温度分布获取偏滤器靶板表面热流分布的方法。

技术介绍

[0002]偏滤器是磁约束核聚变装置的关键核心部件之一。它的主要功能包括：屏蔽来自器壁的各种杂质，减少对中心等离子体的污染；排除核聚变反应过程中所产生的氦灰；承受和移除来自中心等离子体的极高热流。目前，以EAST和ITER为代表的长脉冲聚变实验装置均采用了主动水冷钨铜偏滤器，且为了缓解偏滤器部件受到的热应力和电磁力作用，采用了具有缝隙结构的钨铜穿管模块结构部件，这种穿管结构部件在未来聚变堆也拥有广泛的应用前景，是未来BEST和CFETR聚变装置偏滤器工程设计的首选。但在聚变极高热负荷的轰击和疲劳作用下，主动水冷钨铜偏滤器穿管部件会出现损伤，包括变形、开裂和熔化等。因此，准确的热流分布数据是评估偏滤器材料部件服役性能和寿命的关键，同时对于装置物理运行控制和工程结构优化也具有重要的科学价值。
[0003]对于钨铜穿管模块部件，由于在制造和安装过程会不可避免的产生表面不对准现象，这会导致每个位置的钨铜模块具有特别的缝隙尖缘错位尺寸数据，进而具有特征热流分布以及相应的温度分布。因此，可以利用这一特点，通过主动水冷钨铜偏滤器穿管模块表面特征温度分布测量，结合不同环向平行热流值下的温度分布模拟计算，对比获取与实际测量温度分布一致的靶板表面平行热流值，并与不同环向位置模块的结果进行自洽校准，进而获取靶板表面热流分布数据。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的：基于目前主动水冷钨铜偏滤器穿管模块部件表面温度分布不均匀特征，同时热流绝对数据测量和反演困难，利用主动水冷钨铜模块因工装错位而产生的特征温度分布，通过表面特征温度分布的红外高分辨测量，比对不同环向平行热流值下的温度分布模拟计算结果，获取与温度分布测量一致的偏滤器靶板绝对热流数据。
[0005]为了更加准确的获取偏滤器靶板表面热流信息，本专利技术提出了一种利用钨铜模块表面特征温度获取偏滤器靶板表面热流的方法，具体包括以下步骤：
[0006]步骤1：在磁约束核聚变装置实验前，利用三维轮廓仪精确测量偏滤器靶板钨铜模块部件的三维结构轮廓，获取每个钨铜模块之间的缝隙结构尺寸(宽度g和错位Δ)等关键信息；
[0007]步骤2：在磁约束核聚变装置长脉冲(通常>20s)稳定运行(磁场位形和等离子体参数不发生变化)时，利用高分辨(空间分辨率通常要求低于0.5mm)红外热像仪测量和记录偏滤器靶板(径向，极向和环向)每个钨铜模块表面的温度分布信息，由于钨铜穿管模块之间
存在大小不等的错位及缝隙尺寸，故每个钨铜模块表面温度分布不同，拥有特征结构下的温度分布曲线；
[0008]步骤3：根据长脉冲放电磁场位形参数，利用磁力线追踪程序PFC
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flux(获取靶板表面磁力线的入射角，进而得到热流分布趋势)和粒子模拟程序PIC(用于更加精确获取模块尖缘区域热流分布趋势)获取每个钨铜模块表面及缝隙区域的热流分布规律，利用偏滤器靶板环向平行热流分布一致性，构建每个钨铜模块实际吸收热流与环向平行热流的函数分布关系；
[0009]步骤4：结合步骤1和步骤3，建立反映实际工况的热工仿真模型，计算不同环向平行热流值下偏滤器靶板区域相同径向和极向位置下环向多个模块的温度分布，建立数据库；
[0010]步骤5：对步骤2中每个钨铜模块的测量温度分布和步骤4中模拟计算温度分布对比，获取与步骤2实际测量分布一致的模拟计算温度分布曲线，以及环向平行热流值；
[0011]步骤6：将特定径向和极向位置环向多个模块特征温度获取的环向平行热流值进行自洽分析，去除偏差较大(偏差>10％)异常值，以及最大值和最小值，将其它值进行加权平均，进而更加准确获取偏滤器靶板特定径向和极向位置环向平行热流值。
[0012]步骤7：重复上述步骤4，5和6，获取偏滤器靶板表面不同(径向和极向)位置环向热流值，进而拟合获取偏滤器靶板表面热流分布函数。
[0013]本专利技术提供了一种自洽、可靠的偏滤器靶板热流获取方法，能准确获取长脉冲放电时靶板热流值，为偏滤器部件服役性能及寿命评估，以及装置物理运行和工程设计提供更加准确的热流数据。
附图说明
[0014]图1本专利技术利用钨铜模块特征分布获取偏滤器靶板表面热流方法流程示意图；
[0015]图2为一种典型的偏滤器靶板结构图(示意图中包含2个部件，每个部件由4个钨铜串组成，每个钨铜串包含5个钨铜模块，中间水管为直管)；
[0016]图3为图2中单个钨铜模块(编号N
3,3
)表面测量温度和数值模拟计算温度分布对比示意图；
[0017]图4为利用钨铜模块特征温度获取的图2偏滤器靶板部件表面热流(环向热流值)极向分布。
具体实施方式
[0018]为了更好说明如何利用钨铜模块表面特征温度获取偏滤器靶板表面热流信息，下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。
[0019]参照图1
‑
2，主动水冷钨铜偏滤器穿管模块由多个(通常5
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30个)具有同轴同口径冷却管道的钨铜模块组装成串，串的中心为中间冷却管道，中间冷却管道可以是直管，也可以是弯管，多串(通常4
‑
10串)组装成一个部件，多个部件(通常80个左右)环向安装成环组成偏滤器。所述钨铜模块为主动水冷钨铜穿管部件。一种利用主动水冷钨铜模块表面特征温度分布获取偏滤器靶板表面热流的方法，具体包括以下步骤：
[0020]步骤1：在磁约束聚变装置实验开始前，利用三维轮廓仪精确测量偏滤器钨铜部件
的三维结构轮廓，获取每个钨铜模块与相邻模块之间的缝隙结构尺寸(宽度g和错位Δ)等关键信息；
[0021]步骤2：在磁约束聚变装置长脉冲(通常>20s)稳定(磁场位形和等离子体参数不发生变化)运行时，利用高分辨红外热像仪(TELPS FM100K，空间分辨率低于0.5mm，但不限定红外热像仪器型号，任何一款红外热像仪均可满足)测量和记录每个钨铜模块表面的温度分布信息，由于模块之间存在大小不等的错位，故每个钨铜模块表面温度分布不同，拥有与错位值和热流值相对应的特征温度分布曲线；
[0022]步骤3：根据长脉冲(通常>20s)放电磁场位形参数(环向磁场Bt和极向磁场Bp)，利用磁力线追踪程序PFC
‑
flux(获取靶板表面磁力线的入射角，进而得到热流分布规律)和粒子追踪程序PIC(用于更加精确获取模块尖缘区域热流分布趋势)获取单体模块表面及缝隙区域的热流分布规律(即表面每个点实际吸收热流与环向平行热流的关系)，利用偏滤器靶板环向平行热流分布一致性(即靶板表面每个极向位置的q
∥
是固定的，与环向坐标无关本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用钨铜模块表面特征温度获取偏滤器靶板表面热流的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在磁约束核聚变装置实验前，利用三维轮廓仪测量偏滤器靶板钨铜模块部件的三维结构轮廓，获取每个钨铜模块之间的缝隙结构尺寸信息；步骤2：在磁约束核聚变装置长脉冲稳定运行时，利用红外热像仪测量和记录偏滤器靶板表面径向，极向和环向位置每个钨铜模块表面的温度信息，由于钨铜模块之间存在大小不等的错位及缝隙尺寸，故每个钨铜模块表面温度分布不同，即拥有特征温度分布；步骤3：根据长脉冲放电磁场位形参数，利用磁力线追踪程序和粒子模拟程序获取每个钨铜模块表面及缝隙区域附近的热流分布趋势，利用偏滤器靶板表面沿磁力线入射的环向平行热流分布一致性，构建每个钨铜模块实际吸收热流与环向平行热流的函数分布关系；步骤4：结合步骤1和步骤3，建立反映实际工况的热工仿真模型，计算不同环向平行热流值下偏滤器靶板区域特定径向和极向位置环向多个模块的温度分布，建立数据库；步骤5：对步骤2中每个钨铜模块的测量特征温度分布和步骤4中模拟计算温度分布对比，获取与步骤2实际测量分布一致的模拟计算温度分布曲线，以及环向平行热流值；步骤6：将特定径向和极向位置环向多个模块特征温度获取的环向平行热流值进行自洽分析，去除偏差较大异常值，以及最大值和最小值，将其它值进行加权平均，进而更加准确获取偏滤器靶板特定径向和极向位置环向平行热流值；步骤7：重复上述步骤4,5和6，获取偏滤器靶板表面每个(径向和极向)位置的环向平行热流值，进而拟合获取偏滤器靶板表面热流分布函数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述缝隙结构尺寸信息为宽度g和错位Δ。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱大焕，李长君，郭宗晓，宣传南，丁锐，汪洋，徐国梁，陈俊凌，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：