矩形管道载氚热磁流体输运特性的数值模拟研究

doi:10.16568/j.0254-6086.202302007

核聚变与等离子体物理 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (2): 161-168.DOI: 10.16568/j.0254-6086.202302007

矩形管道载氚热磁流体输运特性的数值模拟研究

韩佳佳 1 ，汪卫华 2 ，浦文婧 1 ，江海燕 3 ，储德林 2 ，史博 1

(1. 陆军炮兵防空兵学院，合肥 230031； 2. 安徽大学，合肥 230039； 3. 合肥工业大学，合肥 230009)

收稿日期:2021-02-26 修回日期:2022-11-04 出版日期:2023-06-15 发布日期:2023-06-09
作者简介:韩佳佳(1985−)，男，山东东营人，博士，从事核聚变包层技术研究。
基金资助:
国家重点研发计划(2018YFE0310400)；国家自然科学基金(11975022)；安徽省自然科学基金(2008085QA37)

Numerical simulation on transport characteristics of tritium loaded thermomagnetic fluid in rectangular duct

HAN Jia-jia1 , WANG Wei-hua2 , PU Wen-jing1 , JIANG Hai-yan3 , CHU De-lin2 , SHI Bo1

(1. PLA Army Academy of Artillery and Air Defense, Hefei 230031; 2. Anhui University, Hefei 230039; 3. Hefei University of Technology, Hefei 230009)

Received:2021-02-26 Revised:2022-11-04 Online:2023-06-15 Published:2023-06-09

摘要/Abstract

摘要： 聚变堆液态金属包层矩形管道中的氚输运过程与磁流体动力学(MHD)流动传热过程耦合在一起，形成了复杂的载氚热磁流体输运特性。基于开发的 MHD 流动与传热数值模拟程序对矩形管道中液态金属 MHD 流动传热特性及其氚输运的影响进行了数值模拟。该程序首先求解了动量守恒方程，并与理论解进行了对比验证，然后与能量守恒方程耦合求解，得到了温度影响下矩形管道中的液态金属流场分布，在此基础上对强磁场高核热梯度影响下的氚浓度分布进行了数值模拟，得到了氚浓度在管道中的分布特性。结果显示，液态金属在矩形管道中的流动传热对氚输运过程产生了显著影响。

关键词: 聚变堆, MHD, 氚输运, 数值方法

Abstract: The transport process of tritium in the liquid metal blanket of fusion reactor is coupled with the flow and heat transfer process of MHD, resulting in the complex tritium transport characteristics in the strong magnetic field. Based on the developed MHD flow and heat transfer numerical simulation program, the flow and heat transfer characteristics of liquid metal MHD in a rectangular duct and its influence on tritium transport were numerically simulated. Firstly, the momentum conservation equation is solved and validated by the theoretical solution, and then coupled with the energy conservation equation, the liquid metal flow field distribution in the rectangular duct under the influence of temperature is obtained. On this basis, the tritium concentration distribution under the influence of strong magnetic field and high nuclear thermal gradient is numerically simulated, and the distribution characteristics of tritium concentration in the duct are obtained. The results shows that the flow and heat transfer of liquid metal in rectangular duct have significant effect on tritium transport.

Key words: Fusion reactor, MHD, Tritium transport, Numerical method

中图分类号:

TL334

韩佳佳, 汪卫华, 浦文婧, 江海燕, 储德林, 史博 . 矩形管道载氚热磁流体输运特性的数值模拟研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2023, 43(2): 161-168.

HAN Jia-jia , WANG Wei-hua , PU Wen-jing , JIANG Hai-yan , CHU De-lin , SHI Bo. Numerical simulation on transport characteristics of tritium loaded thermomagnetic fluid in rectangular duct [J]. Nuclear Fusion and Plasma Physics, 2023, 43(2): 161-168.

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Numerical simulation on transport characteristics of tritium loaded thermomagnetic fluid in rectangular duct

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