顆粒流靶傳熱問(wèn)題研究與設(shè)計(jì).pdf

1、靶裝置是一類用途廣泛的科學(xué)研究裝置，為了滿足科學(xué)技術(shù)進(jìn)步對(duì)實(shí)驗(yàn)條件提出的越來(lái)越高的要求，對(duì)于能夠承受高功率靶裝置的需求也越來(lái)越迫切。本工作以加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)項(xiàng)目為基礎(chǔ)對(duì)于一種新型靶的傳熱流動(dòng)問(wèn)題及設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。
　　這一新型靶方案采用顆粒作為靶材料，通過(guò)顆粒在重力作用下的密相流動(dòng)將沉積在靶材料中的束流能量進(jìn)行移除，因而稱為DGT(Dense Granular flow Target)，目前研究認(rèn)為這種靶方案在高溫耐受、材料相

2、容、運(yùn)行可靠性與穩(wěn)定性等方面具備更好的性能，并且有望實(shí)現(xiàn)更高的束流作用功率。
　　顆粒材料之所以能夠作為靶材料使用，是與其傳熱特性分不開(kāi)的，但顆粒材料的傳熱過(guò)程較為復(fù)雜，存在多種機(jī)制并存的過(guò)程。本文第二章通過(guò)對(duì)于顆粒材料傳熱實(shí)驗(yàn)與理論研究較為系統(tǒng)的回顧，闡述了影響顆粒體系傳熱的因素以及熱傳導(dǎo)系數(shù)計(jì)算的方法。這一部分工作為顆粒在作為靶材料應(yīng)用時(shí)的設(shè)計(jì)選擇與性能評(píng)估提供了基礎(chǔ)依據(jù)。
　　與液態(tài)金屬靶豐富的設(shè)計(jì)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不同，使用顆

3、粒材料作為傳熱工質(zhì)的靶裝置盡管在理論上是可行的，但在具體的實(shí)施上仍需要很多工作。而決定靶裝置能否有效實(shí)施的重要一方面是實(shí)際設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)情況下的流動(dòng)傳熱相關(guān)問(wèn)題，本文中所闡述的內(nèi)容正是本人對(duì)這一問(wèn)題的工作。對(duì)于這一問(wèn)題的研究不僅需要對(duì)于個(gè)別物理問(wèn)題的模擬研究，同樣需要建立研究裝置的實(shí)驗(yàn)支持，因而通過(guò)計(jì)算、實(shí)驗(yàn)、模擬等方法對(duì)一種顆粒流靶設(shè)計(jì)方案中主要的流動(dòng)傳熱問(wèn)題和相關(guān)裝置的設(shè)計(jì)方法做出了研究，將這一靶與另一種受到廣泛研究的無(wú)窗靶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比

4、。對(duì)博士期間的原創(chuàng)性工作，本文主要從：顆粒流靶性能需要考察的關(guān)鍵流動(dòng)傳熱問(wèn)題研究（第三章），初步驗(yàn)證性裝置的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與裝置搭建運(yùn)行（第四章），以及無(wú)窗流體靶設(shè)計(jì)問(wèn)題及其與顆粒流靶的對(duì)比（第五章）進(jìn)行了闡述。
　　在關(guān)鍵問(wèn)題的研究方面，本工作主要著眼于靶段設(shè)計(jì)對(duì)于總體流量的影響、靶段顆粒的堆積狀態(tài)、束流作用區(qū)域的顆粒流動(dòng)狀態(tài)等方面。通過(guò)研究結(jié)論對(duì)于靶運(yùn)行狀態(tài)的支持，建設(shè)了與電子束耦合的顆粒流靶完整循環(huán)回路。這一循環(huán)回路實(shí)現(xiàn)了循環(huán)穩(wěn)定

5、運(yùn)行，并與束流沉積模擬預(yù)測(cè)得到的熱效果相符合。為了進(jìn)一步闡明這一靶設(shè)計(jì)的熱耦合與流動(dòng)特點(diǎn)，將這一靶裝置與液態(tài)金屬靶裝置在熱耦合區(qū)域流動(dòng)與設(shè)計(jì)方法等方面進(jìn)行了比較。
　　研究結(jié)論表明，DGT方案以流動(dòng)顆粒材料作為靶的工質(zhì)材料是能夠勝任靶系統(tǒng)所需要的載熱傳熱需求的。從對(duì)于裝置性能起到重要影響的束流耦合區(qū)域流動(dòng)傳熱層面而言，顆粒物質(zhì)相比于傳統(tǒng)的液態(tài)金屬更易于實(shí)現(xiàn)，并在流動(dòng)和傳熱的穩(wěn)定性方面有一定的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，針對(duì)項(xiàng)目需求和研究需要，在研