Chladicí heliové kanály pro odvod extrémních tepelných toků fúzního reaktoru DEMO

Díky výpočtu a následnému vyhodnocení je patrné, které oblasti modulu jsou tepelně nejvíce namáhány, což usnadňuje případnou geometrickou optimalizaci.

Poptat řešení

Zadání projektu

Společnost: ČVUT v Praze, Fakulta strojní - Ústav energetiky

Název reference: Chladicí heliové kanály pro odvod extrémních tepelných toků fúzního reaktoru DEMO

Autor reference: Ing. Zácha, Pavel, Ph.D.

Použitý software:
Program pro tvorbu geometrie - Ansys DesignModeler
Program pro tvorbu výpočetní sítě - Ansys Meshing
Simulace proudění - Ansys Fluent 15.0

První stěna plodícího blanketu DCLL.

Zadání úlohy a motivace

Cílem diplomové práce bylo vyhodnocení termohydraulických parametrů návrhu modulu plodícího blanketu DCLL (Dual-Cooled Lead-Lithium) vyvíjeného pro fúzní reaktor DEMO. První stěna plodícího blanketu je vystavena velmi vysokému tepelnému toku do stěny a objemovému vývinu tepla, které je nutné odvést chladicími heliovými kanály tak, aby nedošlo k překročení limitních teplot konstrukčního materiálu (žárupevná ocel EUROFER, max. 550°C).

Okrajové podmínky pro model první stěny (příčný řez).

Řešení úlohy

Byl vytvořen model periodicky opakující se části první stěny s dvěma protiproudými heliovými kanály (studený-sestupný a horký-vzestupný), viz Obr. 2. Stěna zahrnuje i vrchní 2 mm silnou ochrannou vrstvu wolframu, na které byla nastavena podmínka tepelného toku 0,5 MW/m2. Ve stěnách modulu pak byl definován objemový vývin tepla 6,85 MW/m3. Byla sledována teplotní pole chladiva a EUROFERu.

Výsledky výpočtu a přínosy pro zákazníka

Hlavními výsledky byly teplotní profily chladiva a tělesa modulu, viz Obr. 3 – 5. Maximální teplota na rozhraní wolframu a EUROFERu dosáhla 604 °C, a tedy došlo k překročení limitní teploty 550 °C. Z výsledků je také patrné, které oblasti modulu jsou tepelně nejvíce namáhány, což usnadňuje případnou geometrickou optimalizaci. Dosažené výstupy dále posloužily jako podklad pro následné pevnostní analýzy.