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偏滤器部件中W/Cu模块传热的数值模拟分析
1
作者
张小强
鲁碧为
+2 位作者
刘家琴
孙飞
吴玉程
《核聚变与等离子体物理》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第2期133-140,共8页
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·(m^(2)·K)^(‒1),而用CFX仿真分析得到的为35168~52186W...
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·(m^(2)·K)^(‒1),而用CFX仿真分析得到的为35168~52186W·(m^(2)·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。
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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
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职称材料
聚变堆偏滤器拓扑优化设计与稳态热分析
被引量：
1
2
作者
张小强
鲁碧为
+1 位作者
刘家琴
吴玉程
《工程设计学报》
CSCD
北大核心
2023年第5期601-607,共7页
为了提高聚变堆偏滤器的冷却能力,以满足其高温服役性能需求,基于一体化增材制造技术,以换热量最大为设计目标,采用变密度法对偏滤器中的W/Cu模块进行拓扑优化设计和模型重构,并采用大型商用仿真软件对拓扑优化后的W/Cu模块进行有限元...
为了提高聚变堆偏滤器的冷却能力,以满足其高温服役性能需求,基于一体化增材制造技术,以换热量最大为设计目标,采用变密度法对偏滤器中的W/Cu模块进行拓扑优化设计和模型重构,并采用大型商用仿真软件对拓扑优化后的W/Cu模块进行有限元数值模拟及温度场、应力场计算。结果表明,在10 MW/m2稳态热流密度条件下,拓扑优化后W/Cu模块的最高温度降低了108.5℃,仅为512.3℃;W/Cu模块界面处的最大热应力下降了264.2 MPa,仅为486.5 MPa,说明应力分布得到明显改善;W/Cu模块的总变形和弹性应变均大幅减小。该拓扑优化结构的应用可大大提升聚变堆偏滤器实现低成本、高效率、高可靠性的一体化增材制造的可行性。
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关键词
聚变堆
偏滤器
增材制造
W/Cu模块
拓扑优化
稳态热分析
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职称材料
面向发动机再生冷却的流热耦合拓扑优化
被引量：
4
3
作者
李新磊
吴坤
+1 位作者
赵林英
范学军
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第11期2661-2674,共14页
再生冷却作为一种主动热防护形式,被广泛应用于高超声速飞行器发动机的热防护系统.为了进一步提高再生冷却结构的换热性能,发展了考虑变热物理性质和输运性质的流热耦合拓扑优化设计方法.首先建立了流热耦合拓扑优化模型,基于连续伴随...
再生冷却作为一种主动热防护形式,被广泛应用于高超声速飞行器发动机的热防护系统.为了进一步提高再生冷却结构的换热性能,发展了考虑变热物理性质和输运性质的流热耦合拓扑优化设计方法.首先建立了流热耦合拓扑优化模型,基于连续伴随法对考虑变物性的伴随方程和灵敏度进行了推导,并利用开源计算平台OpenFOAM构建了拓扑优化求解器,耦合了滤波和投影等技术以缓解可能出现的数值问题,结合了建表-插值法对冷却剂物性和相关偏导项进行计算.随后对流热耦合结构进行了拓扑优化设计,结果表明:随着能量耗散约束值的增大,通道的拓扑结构愈加复杂,冷却通道内的流动分离和再混合现象更加显著.通过提取5种拓扑优化构型(Case 1~Case 5),对三维拓扑优化结构的流动换热特性进行了数值模拟分析,发现冷却剂的流动分离和再混合诱导产生复杂的二次涡结构,有助于激发湍动能,增强通道的局部换热性能.最终Case 3~Case 5中的拓扑优化构型相较于传统构型均起到了强化换热效果,平均努塞尔数增益百分比分别为12.6%,16.0%和23.4%.
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关键词
再生冷却
变热物性
拓扑优化
流热耦合
伴随法
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职称材料
题名
偏滤器部件中W/Cu模块传热的数值模拟分析
1
作者
张小强
鲁碧为
刘家琴
孙飞
吴玉程
机构
合肥
工业大学材料科学与工程学院
合肥中科重明科技有限公司
合肥
工业大学工业与装备技术研究院
有色金属材料与加工国家地方联合工程研究中心
先进能源与环境材料国际
科技
合作基地
出处
《核聚变与等离子体物理》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第2期133-140,共8页
基金
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)
+1 种基金
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)。
文摘
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·(m^(2)·K)^(‒1),而用CFX仿真分析得到的为35168~52186W·(m^(2)·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
Keywords
Divertor
W/Cu module
Steady state-thermal analysis
Convective heat transfer coefficient
Finite element simulation
分类号
TL622 [核科学技术—核技术及应用]
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职称材料
题名
聚变堆偏滤器拓扑优化设计与稳态热分析
被引量：
1
2
作者
张小强
鲁碧为
刘家琴
吴玉程
机构
合肥
工业大学材料科学与工程学院
合肥中科重明科技有限公司
合肥
工业大学工业与装备技术研究院
合肥
工业大学有色金属与加工技术国家地方联合工程研究中心
合肥
工业大学先进能源与环境材料国际
科技
合作基地
出处
《工程设计学报》
CSCD
北大核心
2023年第5期601-607,共7页
基金
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)合作研究与交流项目(52020105014)
+1 种基金
国家自然科学基金面上项目(51474083,51672065)
国家“清洁能源新材料与技术”高校学科创新引智基地计划(B18018)。
文摘
为了提高聚变堆偏滤器的冷却能力,以满足其高温服役性能需求,基于一体化增材制造技术,以换热量最大为设计目标,采用变密度法对偏滤器中的W/Cu模块进行拓扑优化设计和模型重构,并采用大型商用仿真软件对拓扑优化后的W/Cu模块进行有限元数值模拟及温度场、应力场计算。结果表明,在10 MW/m2稳态热流密度条件下,拓扑优化后W/Cu模块的最高温度降低了108.5℃,仅为512.3℃;W/Cu模块界面处的最大热应力下降了264.2 MPa,仅为486.5 MPa,说明应力分布得到明显改善;W/Cu模块的总变形和弹性应变均大幅减小。该拓扑优化结构的应用可大大提升聚变堆偏滤器实现低成本、高效率、高可靠性的一体化增材制造的可行性。
关键词
聚变堆
偏滤器
增材制造
W/Cu模块
拓扑优化
稳态热分析
Keywords
fusion reactor
divertor
additive manufacturing
W/Cu module
topology optimization
steady-state thermal analysis
分类号
TL626 [核科学技术—核技术及应用]
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职称材料
题名
面向发动机再生冷却的流热耦合拓扑优化
被引量：
4
3
作者
李新磊
吴坤
赵林英
范学军
机构
中国科学院力学研究所高温气体动力学国家
重
点实验室
中国科学院大学工程科学学院
西北工业大学机电学院
合肥中科重明科技有限公司
出处
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第11期2661-2674,共14页
基金
广东省高水平创新研究院资助项目(2020B0909010003)。
文摘
再生冷却作为一种主动热防护形式,被广泛应用于高超声速飞行器发动机的热防护系统.为了进一步提高再生冷却结构的换热性能,发展了考虑变热物理性质和输运性质的流热耦合拓扑优化设计方法.首先建立了流热耦合拓扑优化模型,基于连续伴随法对考虑变物性的伴随方程和灵敏度进行了推导,并利用开源计算平台OpenFOAM构建了拓扑优化求解器,耦合了滤波和投影等技术以缓解可能出现的数值问题,结合了建表-插值法对冷却剂物性和相关偏导项进行计算.随后对流热耦合结构进行了拓扑优化设计,结果表明:随着能量耗散约束值的增大,通道的拓扑结构愈加复杂,冷却通道内的流动分离和再混合现象更加显著.通过提取5种拓扑优化构型(Case 1~Case 5),对三维拓扑优化结构的流动换热特性进行了数值模拟分析,发现冷却剂的流动分离和再混合诱导产生复杂的二次涡结构,有助于激发湍动能,增强通道的局部换热性能.最终Case 3~Case 5中的拓扑优化构型相较于传统构型均起到了强化换热效果,平均努塞尔数增益百分比分别为12.6%,16.0%和23.4%.
关键词
再生冷却
变热物性
拓扑优化
流热耦合
伴随法
Keywords
regenerative cooling
variable thermophysical properties
topology optimization
coupled thermal-fluid
adjoint method
分类号
V236 [航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
偏滤器部件中W/Cu模块传热的数值模拟分析
张小强
鲁碧为
刘家琴
孙飞
吴玉程
《核聚变与等离子体物理》
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
聚变堆偏滤器拓扑优化设计与稳态热分析
张小强
鲁碧为
刘家琴
吴玉程
《工程设计学报》
CSCD
北大核心
2023
1
在线阅读
下载PDF
职称材料
3
面向发动机再生冷却的流热耦合拓扑优化
李新磊
吴坤
赵林英
范学军
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023
4
在线阅读
下载PDF
职称材料
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