Testování inovativního tepelného štítu na plazmatronu

Abstract

Práce shrnuje prvotní fázi testování prototypu inovativního chladiče STEAM, který je založený na využití fázové přeměny vody v páru uvnitř lamelovaného měděného chladiče s přítokem vody kolmým na zahřívanou plochu. Je potenciálně využitelný pro chlazení pásovitých oblastí několik centimetrů širokých, jako např. strike-point divertoru tokamaku. Prototyp byl testován zejména na plazmatronu ÚFP AV ČR v Praze-Letňanech. Výsledný profil tepelného toku byl určen pomocí python simulací vedení tepla analyzujících povrchovou teplotu grafitového terče zahřívaného stejným plazmatronovým svazkem, kterým byl zahříván prototyp chladiče. Simulace byla ověřena dvěma nezávislými kalorimetrickými měřeními. Špičkový tepelný tok odvedený chladičem STEAM dosáhl 31 +/- 4 MW/m2 po dobu 30 ¬ 47 s, a to bez výrazného poškození (bez propálení).

This thesis summarizes the initial testing phase of the innovative STEAM cooler prototype was conducted, which is a cooling concept based on water vaporization inside a lamellated Cu cooling plate with perpendicular H2O inflow towards the heated surface. It is potentially applicable for steady-state cooling of 1D heated areas several cm wide, like tokamak divertor strike-point. The prototype was tested primarily with a plasmatron torch at the IPP CAS in Prague-Letňany. Resulting 2D heat-flux profile was derived using python heat-transfer simulations analysing the surface temperature of a graphite target heated by the same plasmatron jet that heated the cooler, and has been verified using two independent calorimetric measurements. Peak heat-flux sustained by the STEAM prototype reached up to dosáhl 31 +/- 4 MW/m2 for a duration 30 ¬ 47 s without significant damage (no leakage).