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采用数值模拟和实验研究相结合的方法主要研究了托卡马克第一壁高负荷部件上的热负荷。
利用刮削层内等离子体平行热流模型--余弦模型模拟研究了HT-7环向限制器和EAST活动限制器热负荷沉积模式。通过对HT-7环向限制器在不同的安全因子取值情况下热沉积模式的研究,得出结论:安全因子和磁场波纹对高负荷部件热沉积模式有重要影响。磁场波纹使得限制器表面出现局域化的高热负荷区,安全因子则影响高热负荷区的形状。在此基础上,考虑了由自遮挡(self-shadowing)效应导致的热负荷沉积模式,得到了和实验观测结果比较一致的模拟结果。自遮挡效应可以使限制器出现温度很低区域,但伴随带来的是另一高温区域的出现。综合考虑磁场波纹、self-shadowing效应和垂直磁场热通量等影响热沉积的因素,得到环向限制器表面的温度分布。改变刮削层热负荷衰减长度和垂直热负荷与平行热负荷的比例,研究了EAST活动限制器热沉积模式,结果发现,垂直热负荷比例和热负荷衰减长度对限制器热负荷有比较大的影响,减小垂直热负荷比例和热负荷衰减长度可以在一定程度上减少限制器热负荷。
根据EAST动限制器上热电偶测得的温度变化,采用单一材料的无限大平面模型计算了沉积在活动限制器某高温点表面热负荷,提出了降低该点温度过高的方法。分别为HT-7高场侧限制器的改造工作和EAST偏滤器外靶板的设计加工,进行了前期热可靠性分析,并根据观察实验结果证明了前期计算的可靠性。
向HT-7边界注入氩气,边界辐射增加,原有热点处温度下降。在双零位形欧姆放电中,向EAST偏滤器区注入氩气、氘气和甲烷,以及通过靶板不同位置注入氘气和从低场侧注入氘气实现密度爬升等不同情况下的充气实验,发现通过边界充气等离子体进入脱靶状态,靶板表面热负荷显著降低。这为降低第一壁高负荷部件上的热负荷提供了一种可能的途径。