Limity chlazení první stěny fúzních reaktorů tlakovou vodou

Abstract

Jedním z kandidátů na blanket fúzních energetických reaktorů je vodou chlazený blanket WCLL. Konstrukčním materiálem blanketu je feriticko martenzitická ocel Eurofer97 se sníženou aktivací a chladivem je tlaková voda za podmínek typických pro reaktory typu PWR. Podle odhadů se očekává, že první stěna, tj. stěna blanketu vystavená plazmatu, bude zatížena špičkovým tepelným tokem až 7 MW·m-2, přičemž maximální provozní teplota oceli Eurofer97 nesmí překročit 550 °C. Předchozí studie ukázaly, že základní navrhovaný koncept rovinné první stěny dokáže při uvedeném teplotním limitu oceli Eurofer97 odvádět tepelný tok pouze do výše 0,75 MW·m-2, a tedy je nutné hledat jiné cesty jak odvádět vyšší tepelný tok bez překročení materiálových limitů. Tato práce se zabývá způsoby možného zvýšení tepelného toku za stanovených podmínek. Jedná se o zvyšování přestupu tepla na straně chladiva pomocí promotérů turbulence, geometrickou úpravu první stěny a snížení teploty tlakové vody na vstupu do chladicího kanálu. Pro studii tepelné zátěže jednotlivých modifikací první stěny byl využit CFD výpočetní program ANSYS Fluent. Na základě provedených simulací byly výsledky zpracovány, analyzovány a vyhodnoceny. Studie ukázala, že maximální využití všech analyzovaných způsobů řešení umožňuje zvýšit tepelný tok do první stěny WCLL modulu až na 1,69 MW·m-2, což představuje navýšení o 125 %. Ani všechny použité návrhy úprav však nejsou dostatečné pro zajištění odvodu předpokládaného maximálního tepelného toku do první stěny.