強磁場作用下液態金屬自然對流實驗研究

《強磁場作用下液態金屬自然對流實驗研究》是依託中國科學院大學，由王增輝擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：強磁場作用下液態金屬自然對流實驗研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王增輝
• 依託單位：中國科學院大學

項目摘要

本項目以磁約束熱核聚變反應堆為背景，套用實驗方法研究強磁場作用下的液態金屬自然對流問題。這是一個在電磁場、流場、溫度場和壓力場等多物理場作用下的強耦合流動與傳熱問題，具有特殊的複雜性。本項目將建立電磁場、溫度場和重力方向相互垂直的液態金屬自然對流實驗系統，以絕緣材料SiC和低活化鐵素體鋼為壁面材料，發展液態金屬的超音波Doppler三維測速方法，研究強磁場對液態金屬自然對流速度場、溫度場和壓力場的影響規律，研究絕緣邊界和導電邊界對液態金屬自然對流換熱Nusselt的影響規律，揭示多物理場作用下液態金屬自然對流複雜流動物理機制和傳熱機理，結合數值模擬結果為包層流道和FCI設計的可行性論證提供理論依據。本項目是核聚變工程和工程熱物理學科的前沿性課題，具有重要的學術價值和套用需求。

結題摘要

核聚變堆中液態鋰鉛包層是可以實現聚變能高效轉換及產氚的關鍵部件，液態金屬在強磁場下的自然對流換熱規律是影響包層轉換效率的關鍵因素之一。本項目是核聚變工程和工程熱物理學科的前沿性課題，具有重要的學術價值和套用需求。 本項目以磁約束熱核聚變反應堆為背景，套用實驗方法和數值模擬研究了強磁場作用下的液態金屬自然對流問題。這是一個在電磁場、流場、溫度場和壓力場等多物理場作用下的強耦合流動與傳熱問題，具有特殊的複雜性。 項目成功開展了液態金屬自然對流換熱研究，研究結果通過與法國兩院院士Moreau教授的溝通討論，深入研究了液態金屬自然對流換熱規律。 研究獲得以下進展：建立了電磁場、溫度場和重力方向相互垂直的液態金屬對流換熱實驗系統，該直流電強磁場下的液態金屬實驗系統是世界上為數不多的液態金屬實驗系統之一；發展和掌握了液態金屬的超音波Doppler自然對流的測速方法，是繼德國HZDR磁流體實驗室負責人Eckert教授後系統掌握超音波Doppler測速技術的國內課題組；研究了強磁場對液態金屬自然對流速度場、溫度場和壓力場的影響規律，研究絕緣邊界和導電邊界對液態金屬自然對流換熱Nusselt的影響規律；與法國兩院院士Moreau教授交流後，在其研究基礎上首次深入揭示了多物理場作用下液態金屬自然對流複雜流動物理機制和傳熱機理。 本項目的開展為我國包層流道和FCI設計的可行性論證提供技術參考，通過與合肥物質科學院EAST課題組的研究討論，將為下一步的深入研究提供基礎。