偏滤器部件中W/Cu模块传热的数值模拟分析

doi:10.16568/j.0254-6086.202402002

核工业西南物理研究院 ›› 2024, Vol. 44 ›› Issue (2): 133-140.DOI: 10.16568/j.0254-6086.202402002

偏滤器部件中W/Cu模块传热的数值模拟分析

张小强¹，鲁碧为^{1, 2}，刘家琴^{3, 4}，孙飞^{1, 4, 5}，吴玉程^{*1, 4, 5}

(1. 合肥工业大学材料科学与工程学院，合肥230009； 2. 合肥中科重明科技有限公司，合肥 230009； 3. 合肥工业大学工业与装备技术研究院，合肥230009； 4. 有色金属材料与加工国家地方联合工程研究中心，合肥230009； 5. 先进能源与环境材料国际科技合作基地，合肥230009)

收稿日期:2022-12-13 修回日期:2023-11-09 出版日期:2024-06-15 发布日期:2024-06-11
通讯作者: 吴玉程(1962-)，男，安徽合肥人，教授，博士生导师，从事能源材料、有色金属材料与加工研究。
作者简介:张小强(1997-)，男，安徽宿州人，硕士研究生，从事聚变堆偏滤器材料研究。
基金资助:
国家重大研发计划磁约束核聚变重大专项(2022YFE03140001, 2022YFE03140004，2019YFE03120002)；国家自然科学基金国际(地区)交流与合作重点项目(52020105014)；国家自然科学基金面上资助项目(51474083，51672065)；国家“清洁能源新材料与技术”学科创新引智基地项目(B18018)

Numerical simulation analysis of the heat exchange of W/Cu module in the divertor

ZHANG Xiao-qiang¹, LU Bi-wei^{1, 2}, LIU Jia-qin^{3, 4}, SUN Fei^{1, 4, 5}, WU Yu-cheng^{1, 4, 5}

(1. School of Materials Science and Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009; 2. Hefei Zhongke Chongming Technology Co., Ltd, Hefei 230009; 3. Institute of Industry and Equipment Technology, Hefei University of Technology, Hefei 230009; 4. National and Local Joint Engineering Research Center for Nonferrous Metal Materials and Processing, Hefei 230009; 5. Advanced Energy and Environmental Materials International Science and Technology Cooperation Base, Hefei 230009)

Received:2022-12-13 Revised:2023-11-09 Online:2024-06-15 Published:2024-06-11

摘要/Abstract

摘要： 利用理论公式和CFX仿真分别对偏滤器部件中平板型W/Cu模块进行稳态热分析，获得了不同热流密度下W/Cu模块的温度场和应力场的变化。理论计算得到的对流传热系数约为52304W·(m²·K)^‒1，而用CFX仿真分析得到的为35168~52186W·(m²·K)^‒1。此外，两种稳态热分析方式得到的W/Cu模块的温度场数值相近；在20MW·m^‒2热流密度下，W/Cu模块的温度场、应力场分析结果均超出了对应材料的许用范围，严重影响了偏滤器部件的稳定运行。

关键词: 偏滤器, W/Cu模块, 稳态热分析, 对流传热系数, 有限元仿真

Abstract: The steady-state thermal simulation on the flat plate W/Cu module in the divertor was carried out by theoretical formula and CFX software, respectively, and the profiles in temperature and stress fields of the W/Cu module under different heat fluxes were obtained. The convective heat transfer coefficient is about 52304 W·(m²·K)^-¹ by formula, and is about 35168~52186W·(m²·K)^-¹ by CFX software. In addition, the temperature profiles of the W/Cu module obtained by the two steady-state thermal analysis methods are similar. Under the heat flux of 20 MW·m^‒², the results of temperature field and stress field of the W/Cu module are beyond the allowable range of the corresponding materials, which seriously affected the stable operation of the divertor.

Key words: Divertor, W/Cu module, Steady state-thermal analysis, Convective heat transfer coefficient, Finite element simulation

中图分类号:

TL62⁺2

张小强, 鲁碧为, 刘家琴, 孙飞, 吴玉程. 偏滤器部件中W/Cu模块传热的数值模拟分析[J]. 核工业西南物理研究院, 2024, 44(2): 133-140.

ZHANG Xiao-qiang, LU Bi-wei, LIU Jia-qin, SUN Fei, WU Yu-cheng. Numerical simulation analysis of the heat exchange of W/Cu module in the divertor [J]. Nuclear Fusion and Plasma Physics, 2024, 44(2): 133-140.

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偏滤器部件中W/Cu模块传热的数值模拟分析

Numerical simulation analysis of the heat exchange of W/Cu module in the divertor

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