HL-2M装置雪花减偏滤器热疲劳分析

核聚变与等离子体物理 ›› 2019, Vol. 39 ›› Issue (4): 324-330.

HL-2M装置雪花减偏滤器热疲劳分析

沈俊田1, 2，袁应龙2，姚列明1，张旺1, 2，陈雅静1, 2，周明涛1, 2，文豪1, 2，吴静*1

(1. 电子科技大学，成都 610054； 2. 核工业西南物理研究院，成都 610041)

收稿日期:2018-12-08 修回日期:2019-09-25 出版日期:2019-12-15 发布日期:2019-12-16
作者简介:沈俊田(1992-)，男，河北石家庄人，硕士，从事托卡马克热力学与结构分析。
基金资助:
国家磁约束核聚变能发展研究专项(2015GB120004)；中央高校基本科研业务费资助(ZYGX2018J090)

Thermal fatigue analysis of HL-2M snowflake-minus divertor

SHEN Jun-tian1, 2, YUAN Ying-long1, YAO Lie-ming2, ZHANG Wang1, 2, CHEN Ya-jing1, 2, ZHOU Ming-tao1, 2, WEN Hao1, 2, WU Jing2

(1. University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054; 2. Southwestern Institute of Physics, Chengdu 610041)

Received:2018-12-08 Revised:2019-09-25 Online:2019-12-15 Published:2019-12-16

摘要/Abstract

摘要：

利用SOLPS软件，采用有限元数值计算方法，模拟计算了HL-2M装置雪花减偏滤器靶板上热负载分布，分析了偏滤器温度及热应力分布，并使用ITER内部器件设计评判标准对HL-2M偏滤器结构进行热疲劳寿命的评估。结果表明，在低周循环下靶板大部分区域不会经历严重的塑性疲劳，但距离外侧抽气口4mm位置拱顶区域循环寿命约为1963次。模拟结果对HL-2M装置偏滤器设计具有一定参考意义。

关键词: HL-2M装置, 雪花减偏滤器, 热应力, 热疲劳

Abstract:

The heat flux distribution on the plasma facing surfaces of divertor for HL-2M tokamak has been simulated with the SOLPS code. Temperature and thermal stress have been calculated with finite element method, and the fatigue life of divertor has been evaluated with the structural design criteria for ITER in-vessel components (SDC-IC). The results indicate that most area of the target planes do not experience severe plastic fatigue under the cycles. But, the fatigue life of dome plane, 4mm away from outer pumping port, is approximately 1963 times. This result might be useful for HL-2M tokamak divertor design.

Key words: HL-2M tokamak, Snowflake-minus divertor, Thermal stress, Thermal fatigue

中图分类号:

V215.5+4

沈俊田1, 2，袁应龙2，姚列明1，张旺1, 2，陈雅静1, 2，周明涛1, 2，文豪1, 2，吴静*1. HL-2M装置雪花减偏滤器热疲劳分析[J]. 核聚变与等离子体物理, 2019, 39(4): 324-330.

SHEN Jun-tian1, 2, YUAN Ying-long1, YAO Lie-ming2, ZHANG Wang1, 2, CHEN Ya-jing1, 2, ZHOU Ming-tao1, 2, WEN Hao1, 2, WU Jing2. Thermal fatigue analysis of HL-2M snowflake-minus divertor[J]. NUCLEAR FUSION AND PLASMA PHYSICS, 2019, 39(4): 324-330.

参考文献

[1] Li Q, Li G S, Zou H, et al. Design and development of magnets for HL-2M tokamak [C]. IEEE International Conference on Applied Superconductivity and Electromagnetic Devices, 2016, 597−598.
[2] Pitcher C S, Stangeby P C. Experimental divertor physics [J]. Plasma Phys. Contr. Fusion, 1997, 39(39):779.
[3] 钱新元. 钨铜偏滤器靶板疲劳损伤与寿命研究 [D].合肥: 中国科学技术大学, 2017.
[4] Zheng G Y, Cai L Z, Duan X R, et al. Investigations on the heat flux and impurity for the HL-2M divertor [J].Nucl. Fusion, 2016, 56(12): 126013.
[5] Sang C, Guo H Y, Stangeby P C , et al. SOLPS analysis of neutral baffling for the design of a new diverter in DIII-D [J]. Nucl. Fusion, 2017, 57(5): 056043.
[6] ITER structural design criteria for in-vessel components[S]. ITER_D_222RHC V3.0 Standard.
[7] ITER structural design criteria for in-vessel component appendix A, materials design limit data [S]. ITER_D_222RLN V3.3 Standard.
[8] GB3098.13-1996, 紧固件机械性能螺栓和螺钉扭矩试验和破坏扭矩公称直径1-10mm [S].
[9] 蒋婧, 冉红, 刘德权, 等. HL-2A 偏滤器结构改造及热负荷分析 [J]. 核聚变与等离子体物理, 2006, 26(1):22−26.
[10] Zheng G Y, Xu X Q, Ryutov D D, et al. Advanced divertor concept design and analysis for HL-2M [J].Fusion Eng. Des., 2016, 112: 450−459.
[11] 黄文玉, 郑国尧, 蔡立君, 等. HL-2M 装置常规偏滤器与雪花减偏滤器热工水力分析对比 [J]. 核聚变与等离子体物理, 2018, 38(1): 34−41.
[12] Ryutov D D, Soukhanovskii V A. The snowflake divertor [J]. Physics of Plasmas, 2015, 22(11): 110901.
[13] Wu J, Chen Y C, Chen Peng, et al. Research on beam emission spectroscopy combined HL-2A tokamak real experimental data with spectra simulation code [J]. IEEE Transactions on Plasma Science, 2018, 1−5.

[1]	乔涛, 刘德权, 林涛, 郑小舟, 许文峰. HL-2M支撑部件焊接中的磁导率控制工艺研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2022, 42(3): 285-289.
[2]	高金明, 卢杰, 邓玮, 董云波, 刘仪. HL-2M装置光电探测器冷却结构部件的热应力分析和设计[J]. 核聚变与等离子体物理, 2022, 42(3): 290-294.
[3]	陈畅, 蒋科成, 王万景, 刘松林. 水冷陶瓷包层第一壁制造偏差对传热与热应力的影响分析[J]. 核聚变与等离子体物理, 2022, 42(3): 314-321.
[4]	武小强, 冉红, 张党申, 荣华, 宋斌斌, 侯吉来. HL-2M装置真空室成环工艺技术[J]. 核聚变与等离子体物理, 2022, 42(3): 327-330.
[5]	蒙建朋, 贾瑞宝, 蔡强, 邱丽媛, 颉延风 . HL-2M 装置烘烤系统管路应力的仿真分析与优化[J]. 核聚变与等离子体物理, 2021, 41(s1): 388-391.
[6]	赵宝玲1，谌继明2,吴晶2，康伟山2. ITER第一壁铍铜连接部件在高热负荷作用下的热性能分析[J]. 核聚变与等离子体物理, 2021, 41(2): 157-161.
[7]	黄运聪，蔡立君，袁应龙，卢勇，刘健，刘雨祥，郑国尧. HL-2M上偏滤器结构初步设计及关键制造工艺预研[J]. 核聚变与等离子体物理, 2020, 40(3): 233-240.
[8]	薛淼，郑国尧，薛雷，李佳鲜，黄文玉，谢金雨，简翔，陈佳乐. HL-2M混合运行方案初步分析[J]. 核聚变与等离子体物理, 2020, 40(1): 16-22.
[9]	张旺1, 2，袁应龙2，姚列明1，沈俊田1, 2，陈雅静1，吴静*1. HL-2M偏滤器结构动力学分析[J]. 核聚变与等离子体物理, 2020, 40(1): 40-44.
[10]	周建，任磊磊，宋显明，郑国尧，张锦华，罗萃文，李佳鲜，李波. HL-2M装置等离子体放电反馈控制系统[J]. 核聚变与等离子体物理, 2020, 40(1): 52-58.
[11]	张龙，卢勇，蔡立君*，刘雨祥，袁应龙，刘健，赖春林. HL-2M偏滤器冷却回路流致振动研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2019, 39(4): 317-323.
[12]	查方正，李勇，李强，邱银，卢勇. HL-2M装置低温冷凝泵在抽气工况下的热负荷分析[J]. 核聚变与等离子体物理, 2018, 2(3): 287-292.
[13]	常小博1，宋云涛2，彭学兵2，卯鑫2. 聚变堆熔盐冷却偏滤器靶板结构设计与分析[J]. 核聚变与等离子体物理, 2018, 2(3): 329-333.
[14]	冷桢1，谌继明1，王坤2，康伟山1，黄攀1. ITER第一壁铍-铜界面缺陷的热应力及弹塑性结构分析[J]. 核聚变与等离子体物理, 2018, 2(2): 199-204.
[15]	赵丽, 罗萃文, 宋显明, 夏凡, 陈燎原. HL-2M装置测量控制系统运行管理研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2018, 2(2): 228-235.