Устройство для исследования термогидравлических характеристик жидкометаллического бланкета тяр
Владельцы патента RU 2634307:
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)
Изобретение относится к устройству для исследования термогидравлических характеристик жидкометаллического бланкета термоядерного реактора. Устройство для исследования термогидравлических характеристик свинец-литиевого бланкета содержит вертикальные подъемный и опускной каналы прямоугольного сечения с поворотом потока на 90°, входной и выходной коллекторы. Кроме того, устройство имеет по меньшей мере два подъемных вертикальных канала, включенных гидравлически параллельно и разделенных в направлении магнитного поля по меньшей мере одной или двумя перегородками на подканалы, а также электронагревательные элементы, расположенные на внешних стенках устройства и между указанными каналами. Техническим результатом является оптимизация возможностей моделирования физических характеристик бланкета, в частности гидродинамических и тепловых характеристик течения жидкого металла в магнитном поле. 3 ил.
Изобретение относится к термоядерным реакторам (далее ТЯР), в частности к бланкетам ТЯР, где жидкий металл (литий, эвтектический сплав свинец-литий) обеспечивает наработку трития и отвод радиационного тепловыделения в систему преобразования энергии.
Известен ряд конструкций бланкетов, основными узлами которых являются блоки с литиевой керамикой и каналы охлаждения, в которых циркулирует жидкий металл - сплав свинец-литий (фиг. 1, A.Yu. Leshukov et al., Fusion Engineering and Design, 87 (2012) 1487-1494).
Основным преимуществом таких бланкетов является большее значение коэффициента воспроизводства трития в сравнении с чистым свинец-литиевым бланкетом и большее время жизни в сравнении с керамическим бланкетом.
Специфика работы бланкетов, связанная с мощными нейтронными потоками, высокими температурами, наличием сильных магнитных полей, требует физического моделирования отдельных характеристик с целью подтверждения технических решений и ресурса. Среди таких характеристик весьма важными являются термогидравлические характеристики(магнитная гидродинамика (МГД) и теплообмен при течении жидкого металла в сильных магнитных нолях). Относительно небольшие рабочие объемы существующих экспериментальных магнитных систем вызывают значительные трудности при создании устройств для исследования вышеназванных термогидравлических характеристик бланкетов.
Известно (P.K. Swain et al., Fusion Engineering and Design, 88 (2013) 2848-2859) устройство (фиг. 2) для исследования МГД характеристик свинец-литиевого бланкета, представляющее собой входной и выходной патрубки с коллекторами (поз.1 и 2) и один канал прямоугольного сечения с рядом поворотов потока на 90°, в котором выделены участки подъемного (поз. 3) и опускного канала (поз. 4). Названное устройство имеет ряд недостатков:
- недостаточное геометрическое подобие реальному бланкету (отсутствие параллельных каналов и подканалов, отсутствие верхнего собирающего коллектора);
- отсутствие моделирования тепловых потоков от керамических блоков, что не дает возможности исследовать теплообмен в магнитном поле, в том числе влияние термогравитационной конвекции.
Техническим результатом заявляемого решения является улучшение возможностей моделирования физических характеристик бланкета, в частности гидродинамических и тепловых характеристик течения жидкого металла в магнитном поле.
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что устройство для исследования термогидравлических характеристик свинец-литиевого бланкета, содержащее вертикальные подъемный и опускной каналы прямоугольного сечения с поворотом потока на 90°, входной и выходной коллекторы, с целью повышения соответствия критериям моделирования имеет по меньшей мере два подъемных вертикальных канала, включенных гидравлически параллельно и разделенных в направлении магнитного поля по меньшей мере одной или двумя перегородками на подканалы, и электронагревательные элементы, расположенные на внешних стенках устройства и между указанными каналами.
Заявляемое решение поясняется фиг. 3. Здесь 1 и 2 - входной и выходной патрубки жидкого металла с коллекторами, 3 - подъемные каналы прямоугольного сечения, 4 - опускной вертикальный канал прямоугольного сечения, 5 - внутриканальные перегородки, 6 - верхний собирающий коллектор, 7 - электронагревательные элементы. Направление вектора индукции магнитного поля показано на рисунке. Измерительные датчики обеспечивают регистрацию электрических потенциалов, температур, давлений, пульсаций параметров, что позволяет изучить влияние магнитного поля на гидродинамику течения и теплообмен.
Наличие двух подъемных каналов позволяет исследовать влияние входного и собирающего (верхнего) коллекторов на распределение расходов жидкого металла и температур в указанных каналах. Разделение подъемных каналов на подканалы, выполненное так, чтобы отношение сторон подканалов соответствовало этой величине в реальном бланкете, позволяет определить неравномерность расходов в них. Электронагревательные элементы между каналами и на внешних стенках устройства позволяют исследовать характеристики теплообмена в условиях действия магнитного поля и одностороннего/двустороннего обогрева.
Таким образом, приведенная выше совокупность существенных признаков заявляемой конструкции обеспечивает достижение заявляемого технического результата, а именно улучшение возможностей моделирования физических характеристик бланкета, в частности гидродинамических и тепловых характеристик течения жидкого металла в магнитном поле, за счет того, что по меньшей мере два подъемных вертикальных канала включены гидравлически параллельно и разделены в направлении магнитного поля по меньшей мере одной или двумя перегородками на подканалы, и электронагревательные элементы размещены на стенках внешних каналов и между указанными каналами.
Устройство для исследования термогидравлических характеристик жидкометаллического бланкета термоядерного реактора (ТЯР), содержащее вертикальные подъемный и опускной каналы прямоугольного сечения с поворотом потока на 90° для прокачки жидкометаллического теплоносителя, входной и выходной коллекторы, отличающееся тем, что имеются по меньшей мере два подъемных вертикальных канала, включенных гидравлически параллельно и разделенных в направлении магнитного поля по меньшей мере одной или двумя перегородками на подканалы, и электронагревательные элементы на стенках внешних каналов и между указанными каналами.
