平板型偏滤器靶板模块在 20 MW·m−2高热负荷作用下的数值模拟研究

doi:10.16568/j.0254-6086.202504006

核聚变与等离子体物理 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (4): 411-417.DOI: 10.16568/j.0254-6086.202504006

平板型偏滤器靶板模块在 20 MW·m⁻²高热负荷作用下的数值模拟研究

牟南瑜 1，冯明驰*1，林倩倩 2, 3，郑太雄 1，姚达毛 2

(1. 重庆邮电大学先进制造工程学院，重庆 400065；2. 中国科学院等离子体物理研究所，合肥 230031；3. 中国科学技术大学科学岛分院，合肥 230026)

收稿日期:2023-10-18 修回日期:2024-07-23 出版日期:2025-12-15 发布日期:2025-12-12
作者简介:牟南瑜(1996-)，女，重庆市忠县人，讲师，工学博士，主要从事聚变堆面向等离子部件可靠性研究。
基金资助:
中国聚变技术计划综合研究设施(2018-000052-73-01-001228)；国家 MCF 能源研发计划(2018YFE0312300)

Numerical simulation of flat-type divertor module under high heat flux of 20 MW·m⁻²

MOU Nan-yu1, FENG Ming-chi1, LIN Qian-qian2, 3, ZHENG Tai-xiong1, YAO Da-mao2

(1. School of Advanced Manufacturing Engineering, Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065;
2. Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031;
3. Science Island Branch of University of Science and Technology of China, Hefei 230026)

Received:2023-10-18 Revised:2024-07-23 Online:2025-12-15 Published:2025-12-12

摘要/Abstract

摘要： 偏滤器作为磁约束核聚变堆的关键部件之一，必须承受高循环的热、机械载荷以及中子辐照，这将对其寿命产生巨大的影响，进而影响聚变堆的实际运行安全。选择较适合聚变堆环境的平板型 KW/ODS-Cu/RAFM 偏滤器模块，在 20MW·m⁻² 高热负荷作用下对其进行了结构、传热和热疲劳分析，得到了该偏滤器模块的温度以及应力应变分布，并根据Manson-Coffin 公式计算出该模块的热疲劳寿命。模拟结果表明，在 20 MW·m⁻²高热负荷和对应的冷却条件下，该平板型偏滤器的结构、传热性能和抗热疲劳性能均满足设计要求，可为聚变堆后续研究提供数据参考和经验支持。

关键词: 偏滤器, 数值模拟, 20 MW·m?2, Manson-Coffin, 热疲劳寿命

Abstract: As one of the key components of magnetic confinement fusion reactors, the divertor components must withstand highly cyclic heat, mechanical loads, and neutron irradiation, which will have a significant impact on the divertor lifetime and thus affect the actual operational safety of the fusion reactor. In this paper, structural,heat transfer and thermal fatigue analyses are carried out using the flat-type KW/ODS-Cu/RAFM divertor module,which is more suitable for the fusion reactor environment under the high heat flux of 20 MW·m⁻². The temperature and stress-strain distributions of the divertor module are obtained, and based on Manson-Coffin formula, the thermal fatigue lifetime of the divertor module is calculated. The simulation results indicate that under high heat flux of 20 MW·m⁻² and corresponding cooling conditions, the structure, heat transfer performance,and thermal fatigue resistance of the flat-type divertor meet the design requirements, which can provide data reference and engineering experience for the subsequent research of fusion reactors.

Key words: Divertor, Numerical simulation, 20 MW·m?2, Manson-Coffin, Thermal fatigue lifetime

中图分类号:

TL62+2

牟南瑜, 冯明驰, 林倩倩, 郑太雄, 姚达毛 . 平板型偏滤器靶板模块在 20 MW·m⁻²高热负荷作用下的数值模拟研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2025, 45(4): 411-417.

MOU Nan-yu, FENG Ming-chi, LIN Qian-qian, , ZHENG Tai-xiong, YAO Da-mao. Numerical simulation of flat-type divertor module under high heat flux of 20 MW·m⁻²[J]. Nuclear Fusion and Plasma Physics, 2025, 45(4): 411-417.

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Numerical simulation of flat-type divertor module under high heat flux of 20 MW·m⁻²

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