液态金属包层中LiPb磁流体自然对流传热及磁控作用

聚变堆液态金属包层设计中常采用液态金属LiPb作为氚增值材料，但在聚变强磁场、高温度梯度、有核热源等特殊条件下的液态金属LiPb的自然对流和传热显得尤为复杂，流动的液态LiPb由于磁场的作用，会在其内部产生感应电流和阻碍流动的洛仑兹力而导致流场产生三维不均匀变化和特殊的传热性能。本项目从磁流体电磁理论分析和三维数值程序模拟出发,研究聚变强磁场控制下，高温度梯度、有核热源等复杂条件下液态金属LiPb磁流体在包层管道内自然对流和传热的行为特征，探索磁场的方位和大小对液态金属LiPb自然对流换热的影响规律；不同哈德曼数下的液态金属LiPb的自然对流形成时的感应电流场和温度场的分布特点；液态金属LiPb在电绝缘涂层管道内流动机理及涂层性能与流动传热的内在规律；提出磁场主动控制液态金属LiPb磁流体自然对流强化传热的方法和不同受热边界的控制关联。

聚变堆液态金属包层设计中常采用液态金属锂铅作为氚增值材料，但在聚变强磁场、高温度梯度、有核热源等特殊条件下的液态金属锂铅的自然对流和传热显得尤为复杂，流动的液态锂铅由于磁场的作用，会在其内部产生感应电流和阻碍流动的洛仑兹力而导致流场产生三维不均匀变化和特殊的传热性能。本项目从磁流体电磁理论分析和数值程序模拟出发,建立了液态金属磁流体自然对流数值模型，针对液态金属磁流体在强磁场环境下的流动特性，研究一种迭代数值模拟方法，用有限差分迭代法解偏微分方程组，进行有限差分划分流体区域，求解磁流体的速度和感应电流，以及压力分布。研究聚变强磁场控制下，高温度梯度、有核热源等复杂条件下液态金属锂铅磁流体在包层管道内自然对流和传热的行为特征，研究了方腔内液态金属磁流体的自然对流和传热特性，对有限空间内的液态金属磁流体的流动进行数值模拟，探索磁场边缘效应对液态金属锂铅自然对流换热的影响规律；不同哈德曼数下的液态金属锂铅的自然对流形成时的感应电流场和温度场的分布特点；针对准静态液态金属锂铅在强磁场作用下，不同的第一壁热流密度和不同的缓慢驱动速度形成的自然对流现象和传热展开较为深入地研究，给出了液态金属锂铅在SLL包层管道内的自然流动机理及流动传热的规律；研究了双冷嬗变包层内液态锂铅的流动状态，给出截面变化的弯管内液态锂铅的流动状态和压力分布特点。为了探索高温液态金属在回路管道中的流动与传热，设计并建造了液态金属实验回路，该实验可以实现自然循环和强迫对流两种实验，并对实验回路测试段中的液态金属流动和传热行为进行了数值模拟。对流道壁电导率比值，包括涂层参数和插件参数在内的不同电导率比值对液态金属磁流体的流动影响进行了研究，电导率比值越小，侧边界层内的射流速度越高，提出磁场主动控制液态金属锂铅磁流体自然对流强化传热的方法和不同受热边界的控制关联。