Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte – FZKA 7161
Simulation of the optimised design of the HFTM and the
natural convection simulation in the IFMIF test cell cavity
B. Dolensky, S. Gordeev, V. Heinzel, K. Lang, A. Möslang, V.
Slobodchuk, E. Stratmanns
Abstract
The thermohydraulic simulation of the optimised design of the
High Flux Test Module (HFTM) for the International Fusion Material Irradiation
Facility (IFMIF) is done with the commercial code STAR-CD. The work is mainly
focused on the detailed analysis of the temperature and velocity distribution
in the module. Particularly, the influence of the cooling channels deformation
as well as the heat of the target back wall on the thermohydraulic characteristics
of the HFTM is estimated. It has been also shown that the target temperature in
the volume with samples can be reached with the acceptable temperature gradient
for the temperature level of 4500C and 6500C by use of the electrical heaters. The
appropriate power of the electrical heaters are obtained for all the rigs.
Additional task of the investigation is the optimisation of
the lateral reflector cooling system. The cooling system consisting of four
cooling channels is suggested to decrease the temperature level of the lateral
reflector and to decrease the temperature non-uniformity in it. Nevertheless,
the preliminary stress analysis showed high stress value in the rig wall. So, further
work is required in this direction to achieve the acceptable stress in the
structure.
The first results of the natural convection simulation in the
IFMIF test cell cavity are also presented in this report. These results are
obtained for a simplified simulation of the test cell cavity and the work
should be continued to obtain more reliable data.
Thermohydraulische
Simulationen des optimierten Entwurfs des Hochfluss - Testmoduls HFTM und
Simulationen der Naturkonvektion in der IFMIF Testzelle.
Zusammenfassung
Thermohydraulische
Simulationen des optimierten Entwurfs des Hochfluß - Testmoduls (HFTM) für die
Internationale Fusionsmaterial-Bestrahlungseinrichtung (IFMIF) wurden mit Hilfe
des kommerziellen CFD Computerprogramms Star-CD durchgeführt. Die Arbeit konzentrierte
sich im Wesentlichen auf die Analysen der Temperatur- und Geschwindigkeitsverteilung
in HFTM / Bestrahlungseinsätzen (Rigs). In erster Linie wurde die Wirkung der
Deformation des Kühlkanals und der beheizten Lithium-Target-Rückplatte auf die
thermohydraulischen Parameter des HFTM untersucht. Es wurde auch nachgewiesen, dass
die vorgesehenen Bestrahlungstemperaturen von 450°C bis 650°C mit akzeptablen Temperaturdifferenzen
in den Proben nur mit der elektrischen Beheizung erreicht werden können. Die
benötigten Heizleistungen wurden für alle Rigs im HFTM ermittelt.
Die nächste
Untersuchungsaufgabe war die Optimierung des Kühlsystems des seitlichen Reflektors.
Um die ungleichmäßige Temperaturverteilung im Reflektor zu verringern, wurde ein
Kühlsystem aus vier Kühlkanälen vorgeschlagen. Die ersten Spannungsanalysen
zeigen, dass die Spannungen in der Rig-Wand immer noch zu hoch sind. Um
akzeptable Spannungen in der Struktur zu erreichen, sind weitere Untersuchungen
erforderlich.
Im dritten Teil des
Berichts werden die ersten Ergebnisse der Simulationen zur Naturkonvektion in
der IFMIF Testzelle vorgestellt. Das Ziel der Untersuchung war die Einschätzung
des Beitrages der Naturkonvektion zur Wärmeübertragung in der mit Gas gefüllten
Testzelle. Da die Rechnungen zunächst mit einigen Vereinfachungen durchgeführt wurden,
sind weitere detailliertere Simulationen notwendig.
VOLLTEXT
BIBLIOTHEK