Теплофизические основы создания периодического топливного инжектора для термоядерного реактора типа токамак тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

di H -I y I

cMiiír - кюгж'т тс-A-sñ гзшдшм И СЛТЮТ

Из прзшг, pyjcoiricít

ЛОШХС Лдгф'1;! Д'Ы'ордоги"

УД it 6Л1.СЗУ.6

Ti^û^Dn'iKi-i;!: ^нен1; 'у.ччии'я П1;?;:ожческого тогип^вкоп? ЖШКТОГЛ

;УЛ ТПУ чКУЮГО ISiira ТИТЛ TOKílViK СК':ч;эльность Ol.Oi.lí - твп.то'.г.с-.гко я

л^'.ссортои?.:! ¡та ссг.а;г:Т);о уч?нэ;; cTC'iioí-ni ïû"j.';ri3Ci;:ni ¡г-т/;:

Сзятя» - Пет'^ург 159?,

Раооте вштодяэяе в Сшит-Штароургсксм государственном техническом университете.

Научный руководитель: доктор техаичэских наук, профессор Е.С.Озеров.

Официальные оппонента: доктор тух¡сггасгсис наук, ведущий научный сотрудеяк Э.В.Фирсова, ку.чдздят технических наук, доцент С.Н.Кодгеткя.

Ведузди организация: Научно-исследовательская ¿шсютут злэктро-фикической аппаратуры ^Сагпст-Гютероург).

Защита состоится "¡С" 1993 г. в /У ■¿¿'часов да

заседании специализированного соната К.ОЬЗ.-2б.ОЗ при Санкт-Патероургсхом институте точной механика и оптики (Сенхт-Сетероург, ул.Сзблизская, 14).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на автореферат высылать по адресу: 197101,Саикт-Петэроург, ул.СаблшскРя, 14, институт точной механики и оптики Саккт-Петероург.

Автореферат разослан

¿чошз секретарь специализированного совета, кандидат технических наук //п/ • Нагибин

/ втл:-г, "1

РОССИЙСКАЯ ОБШ

осударс .

БИБЭТШУЕКФ томн. Б «астоя-дчо вре«я иааОодээ перспективными для осуществлена)! управляемого термоядерного синт-эза -являются установка тлаа токамак. Для осасгшчвзая длительной реакции яеооходамо оргаизовать лодпггпсу работзвдго реактора термоядерным топливом. Наиболее широко для этой цэяз до настоящего вроменя аспользуэтся газовый напуск. Однако -тот способ ив зффэкТагей для токамаксв с давортором, а текхо крупных токамзков, Ввэдэжшй га? плохо лэрэносится в цэятральяуа область плаз?.«. Проводимые ч США, йлонаа, страдах ЕЭС а лжей стренэ экеперашнты • показали порспектаваость нового котода содажгкя с помощь» узкоронанх зоморожзкзшс тзолоток изотопов водорода. Бил создан цела ряд установок, способных ПРОИЗВОДИТЬ ОДИН ШЗ Н9сколько выстрелов ЗУ время разряда в токлмгко, Одаако решить проблэаму подаяка рзоктора тогшгоом может только аораэдяческаа хызэктор. В нзетокдаз врзмк в горе соодгзбтся и укэ дэЗствуот рад такаа установок, обдадетзах своама кадостоткамл а достжзкакмп. Создают ораганялвного пораодлческого гагзктерч для токамака Т-15 является поркам опытом разработки подобной устааов;а в пзхеЯ страна и юззолявт получать чистоту акгакцаи 5 * Ю Гц. Работа шаолнэаа в ооотвотств:«; с разделом 1.7.1.6 ксгер&шацаонного плана ляадэмгш Наук СССР и ирогрзммой-5 Государственного Ксмвтотз ио а токаоа эшрхет. •

Цоль работы - тэплофазическое обоснование нового метода ягрзодачиского формированию а ускорзпхя 'Гошзшзнх таблзток и создапкэ аажоктора для токгмгяа Т-15,

В работе росились сяодуюказ задача:

1) разработка мотодака пераодгчзсюто форгдрсзайая к ускоргиая таблеток аз твёрдого водороде (дэЗтерал);

2) построение теилофзгзческсД медела работа инжектора?

3) расчетная а конструкторская разработка аовнх узлов инжектора;

4) сборка и отладка кн&ептора пра стэндовш: испытаниях в СПОРТУ;

5) установка и запуск :сп:з:стора за злощадкз токомака Т-15 в /лстатутз*атомной энергия им. И.В. Курчатова з Москве.

Научная новизна работа состоит в том, что в пеа впэрвце:

Г) разработана ^тематическая модель процесса накоплепая

•гордого водорода (дейторал) при ого кодц^исацак в акструдэрз;

Z) определена допусгдию сблзстя игконы;:;:; бедразз&ршх иар^мзтров установки, что позволяет арс&ютфова'Л. подойяаа блоки форгшрожш:! цсаользуя зтвдпдоиталы» проБэрош::» теср&тачеекио зависимости б ааодктеском взд?;

3) пхсперзс-.внтплько доказана воамехлкоеть раздельного расположен криогенного блока ¡1.ор?.кро1:ашш и олока ускорьная, соэдаиггаах проможутотшм cti:g.::o:,; для иодата таблеток, что позволяет увалять предельную частому pedo-ra тахекгорэ;

4) t0ks3f.ua ОарСДОЛЯЮЩУР голь процессе ииюрйкан с повьрхаостя таблетки чй ей двихевш* по яроьиадточвоиу стиояу.

1!ра.ггаческая цытаоегь раоотн. разработан, создай, заирщбв авторски/. свэдотольствок S устано&л&н дли вшелцзшго физачвекоа нрограглм исследовании на токвашко 'Г-15 шриодцчегашй яшвкгор тогетжшх: таблеток. Ряд просаршшх кс ш'.лзкторь тели^чеоких р&дош попользуется aja создании стенда с перы:&трг.&а додали цэиририжоп 1ьй£Сй1ЩК тошмших табя&тох токамако HíLíP. Результата patíoru ЕКОДрСЛШ 2 ЙНСТИТУТО BTONHO& ЗВСрГКИ.

ка заидеу выносятся следуг«цо тахш&ная:

1. Матгсиятакес^я модёхь ' коадиясацгй в горж^ов'Рбльшм экструдере шгазктора, роадхзс-ваядая в программ для ЭВУ тала хш.

2. Матодяка разработки подобии): одэкоь форьарэванш на ocroso расчета бозразмзршх параметров.

3. Ораганальнлй дэаствущдз; инжектор, юзволйщай. формировав таблетки с частотой до 5 Гц и ускорять их до J.GOO и/с.

Í. Новая, запдацошхзя авторским сшдэталъством, система крвогошкзго охлаздзная блока форяароваиая.

5. Разработайте а провэревзые зкедараменталько новые тохяач&скш рзй'вюя; горазонталышй зкетрудор, являяцвйса одаоврошаво Ksusp..j для коздоисации водороде; олок ускорешш сзособкый ускорить деигавдтся теолатка.

6. Мэтодаха подача твердозодородтих таблоток из краостата в блок ускорения, находящийся цра кошаткоа ( шя вше ) температуре.

Апробация работы. Пс материалам доссертацли опуб.яаксяано 12 статоТГТ^ттфжсй "рзЗоты доклеивались ив v¡| Всесоюзной ков|,ервши" по тепло - массообмзну (Иакск, 198-1 г.), не j|| и ч Всесоюзныг кое jo р£< нцалх во 1Ш£ензряиц проблемам тер'.юядэрнш: реакторов (Лонап-град, 1964 и 1990 г.), аа изучаем соманаре кафьдри Тешюфязши

_ д _

СПОРТУ !1УУ2 Г.).

Структура п об'Лп работа. .Зкосортлдпя состоят лз вьодзния, пята гл?в, заключения, спхска лггзратури л пртсанай. Ллсоертгцуш и&шхона на 174 стрзпицах кяшюгсяягого текста, включая 50 рисунхоа, одну таблицу л спгеок язторзтурц (49 папкзновзккЗ).

СОДЕг'!!ДЕ'1Е 1'ЛБ0ТЫ

БО КВ5ДЗ!ЕЛГ. ОООСКОГУНТ аКТуаЛЪДОСТЬ ТСЛЛ£, СфОр^уЛИрОВиНЫ Зада'П! работы, лзло^онз структура дизсертачдл,, пртшзда:"^ осносжз пололз-кки, впзхяшю па заллту.

В лорвой главо нп основа осзорз лятэратури рсссмотрова лрзллу-г.г-етва тодпктки тоизазсм рзычюрол токгкзасв с поладки .гжокцшг тгб-лэтох лзотопов водорода :ю срззжкяэ с гезосам пвзуексгп шокзстг-о лрздэльной плотности шшс%", уводатанив доля гоЕвзчегскх частлц, возрастало зшгргйточзского зрзмзня гагсаг рззрядзз. 3 соот-зотстплл с зкспьрзгкзлтальтчлг д --"гсро'^тчесттта дптдл'.»,к об г.'ЖфЗЕЗД таблото;; (лзллзтов) в плгтж ток'-лаког: чр::лодятея созрокеилыс* трзбо-взшш к пглярт-нжяюпл. На осдодз рясй?? о Ессо&ьгэзаажм щделз Нейтрального зкреллрозаддп, олдагаидЕП лсларзклз тзблзте-н в идазмэ тока.'.она, укагцвяэтел нзобходтазо ппргтотра з токз-

мп:< Г--15. Размзр тсблзток 2x2 км, скорость порядка 10СЭ м/с, частота жпгзкштд 5-:-10 Гц. . ;старлэк обзор дэг.отву!х^х устапопок. Анзггак-г.уатся их достижения к недостатки, ирздязгззтея еозчз роз»:ия конструкций пзрдоддчзского кпхздторз. Ирзодугся. ооазя схема установки и прчппрш э0 работы.

Для обоспэчздля пзрдс д;.ческой ;зллкц1:л с частота;} до 10 Гц используется в-_-ена щлдппд! рзздгдеа:.л блока .■ор'.отравопля и блока ускорения. Подача таблеток из о.таого Сло-га в другсЛ осудзотплпотся с мзхсшгчоского толкателя по "а:;уу;г:гроса:ч:ому ирожзуточнону стволу, что кскллает возгюгхость награда блока форхфовбизя толка-ддлм газом лзпсогазовоГ; пупде:. 'Горм^овапго таблеток производится с помощью акструзил заракзз сколдзяояродзнлого водорода. Коцдавстия ьодорода производится нвпоерздетгокне п кодзрз зкетрудара, что угрожает устройство крдогочнод елстонл. С;;. блока 4сгл;фо;за:шя наказала па рис 1. скоидз:?.слропа:п'!Л1 в зкструдорз водород затлэрдэваут прп охлгздэгш ¡зга» тзлизратуры тройной точкл '1' т. Из зкетрудэра с помощью порлня шдсшятастся тг.?рдопздордкпЛ стсргеиь. Порзглдцзясь к

1р

Рас. 1. Схема блока форхшрованая иджзктора: 1 - каливной теплооошнник зкструдера, 2 - тзпдозроводаая вставка, з

- теалообмвЕНЗк с гелиевым зкеьвиком, 4- теплскэредащий мост, 5

- поршэнь, 6 - камера зкструдзрэ, 7 - нагреватель зкструдера, 8 -переходная труокз, 9 - нагреватель теплового клича, 10 - тепловой клан, 11 - нож, 12 - нагреватель направляющей ноаа, 13 - фланец направлязщеЗ ножа, 14 - корпус формирователя, 15 - нагреватель промежуточного ствола, 16 - канал промежуточного стволе, 17 -теплообменник формирователя, 18 - толкатель.

форькроват&ла, он дополнительно охлаэдается. Нарезка стертая на таблоткц осуществляется с помощью созерцающего п&риодеческяе перемещения аожз. Толкатель подаёт таблетки по промежуточное ствол:»' из блока формирования в блок ускорения, который представляет собой высокочастотный электромагнитный газовый клзпан с устройством отсечет. толкаадэго газэ от блока формирования. После ускорения в основном стволе тзолетке пролетает по диагностической камере, где измеряется ей сксрстъ и массе, производится фотографирование таблетки. Ускоря-йцй газ накапливается в буферном вакуумном объёме.

Во второй главе рассматривается требования к различным частям

установка на основе аналкзз топзюфззичоскпз: процессов, яроясходяфк в инжекторе. Пряседзя расчёт конструкция криох'зш-юй части.

в 2.1 аналпзярувтся тепловые реззга углов и деталей установка, осуществление которых доля» обеспечить работоспособность нкгекторв в режиме сахолгззтаняя, коддеясацЕ! водорода в камере зкструдера, готовности к началу стрельбк и стрельба. Предварительный расчйт узлов установки позволяет: сократить время охлаждения установки при уменьшении расхода гадкого голая» добиться наиболее полного заполнения камори зкструдера зз ограниченное время пря обос-печенли е& гормзтачноста, полупить стабильные фягзческяе свойства таблеток.

Параграф 2.2 посвлт,бк рзсчбту деталей криогенной система. Шайба - вставка рассчитывается йз условия обеспечения рабочего уровня температур зкструдера в резаке шаэгада. Температура конусной части долзпта бить стабилизирована зз уровне близком к температуре т, что существенно шгз температуры жадаого гелия. Наялучшпе условия для стабилизации дзйт использование заливного и змеев'гкового телло-оомопнпков одновременно. Прнчём параметры вставка п доля гззообраз-иого гели;;, пропускаемого через змеевик, рассчитываются совместно из условия максимальной стаоялыюстз температуры зкструдера при колеба-1пя в&зшпзы теплоприхоков к нему. Параметра теплообменника зкструдера, изготовленого в виде змеевика, рзссчпташ из усяэзая эффективной передачи тепла при турбулентном течении в нём газообразного гелия. Для формировании массы твёрдого водорода газ, шдшцился з •сгмеру зкструдера, может быть дошянггельш оглзядЗя до азотных тем-зератур. С этой целью рассчитывается параметры теплообменника для зодорода при ламинарном течении газа. Расчйт теплообмена тзёрдзводо-зодпого стеркня при перемещении из зкструдера в формирователь, кмаю-более назкуп температуру, позволяет Енбрзть кесбюдамуз дайну и определить материал стэпок переходной трубка.

В 2.3 рассматривается процесс пл&ночной конденсации газа в гамерэ зкструдера при еекопл'-ний водорода. В конструкцию блока £юрмяровапия заложен принцип ушюткелзм вводов дозжзная в ка:ару зкструдера твзрдаи водородом, что гакглдагзт огргнкчензз на возмо?.-юсть изменения температуры различных: частей установки во время гапуска газа. Для расчета элементов кон'.трукций щюеэдйтся чатекзтг.-юсксэ моделирование процесса нчлуско. Расснатрнв'ззтся пленочная юндзесеция н&подкагюго перегретого пора внутри камеры, клещей зэрму горизонтального цилиндра с переменно'-! по длине'и углу цядиндра

тешзратурой станок. Для огисо-гля стекши ::эдкого конденсата по стенкам используются прйягзакня задачи Нуссельта о шйночшй коз-дзасецаа. В отаг® от известной постановки задачи, конденсация ндЗт внутри цилл.утра с накопление:« жидкости с пашей части 'экструдера. Учитывается повторное испарение водорода при теплообмене зкдцоста с гюрегрвтпм паром. За счёт дойствия сил поверхностного натякенлл ящаа водород образует кзыаск на грапацэ со стылой и окранируот часта поверхности конденсации, замэдлм процесс напуска. При псгешздаи температура станок экструдоря ж^э ^ лдцкость у стерок кгшры качикаэт замерзать. Учипшаотся кэюае плотности при затеердзвяши сконденсированного водорода. ?в5рдцй водород с тьмлератгуроа на гранлце с гздяосгьэ равной Т',Гр т гкракзруе? боло» холодянэ станки кгмзрк. Для расчёта распределения температур в экс-трудзрв ставится двумерная нестационарная задача теплопроводности с учйтом затгасимостя козЗфацчэт'а чг&гкопроЕодносга от тзмпзрьтурп. Охашдеша экструдера производится с торца гышкш змезплкон к далее чорез вставку задаваем «шообвдшзои. По результатам расчёта на гвм озр&дэ;штся значение учета рзаютшас факторов дом правильного описания процесса напуска, шбаразися раз.мэри и материала для деталей блока фораигрозашхя. Путб?д сравнения с эксперименте?,? при варьировании у сдавай его проведения проверяется работа счётной кодо-ли.

Повторное испарение сконденсированного водорода приводят к сшезнйю скорости конденсации к увеличения времзнз напуска примерно на 1С,1?. Для камера экструдера с диаметром 8 мм существенным оказалось уменьшение скорости конденсации за счйт действия сил поверхностного натяхэння при экранировании поверхности конденсации. Бремя заполнения акструд&ра уведачалось на 20%. озразоганло мениска при атом не позволяет заполнить конденсатом Солее 90/5 объёма камзрц экструдера. Замерзание твёрдого водорода на поверхности конденсат и не приводило к изменению характера стекания жидкости и сокращении скорости напуска. Затвердевание жидкости на дне акструдера позволяло сконденсировать примерно на 10,-5 больше водорода, чем при напусках с темяературоз стенок акструдера ваше Т'Тр ¥. прзздевроненное ша сильное поросхлаэдзщю экструдера на увеличивает скорость конденсации, а приводит к росту расхода гадкого гелчя и досрочно},»у прекращению напуска водорода из-за обмерзания подводящей газ трубки. Выбор конструкции йаока Формирования и регама напуска окончательно прово-

«таоя по результатам матехокпоского моделирования процесса напуска водород*. при пары1рспзч:ц1 давленая лаяусксоксго газа, коэффициента ^эа^отфотэтдпсстн станов ккструдем, моздоста охлаудензя гелиевым ккс'втзко:«, диаметра к кодеру якструдерг. Для разработанной

конструкции лрокодйз расчс.т нвцуска доОтеркя.

Оравлэже зксгюрдаа'птяльчнх и расчетных данных произведено для {■аглпаыг температур ксскцзшгого ияря напускаемого водорода, разных дадаост&З схлзздвкая гэляэвим одкшкои, напуска водорода, охлаздён-рого до аястшсс течвюра^ур, и напуска водорода комнатной температура по трубкг кз пегжпс?гг^й стрлп прямо в кагору экструдора. Сопоставляйте:. дзлпиэ об шюнгкак тгмн&ргтуры в наиболее еажпкх точках а скорость поадэисацаи в зависимости о? времена напузка яли от ко.ли-чоотва сконденсированного к денному момзнту водорода. На рас. 2 прздстаьлоз одел из таких графиков . полученниа дся базового варган-та конструкция. Модель арзл'лльно учатывззт згвясхмссть от указанных азкгк&зяй условлй проведения зкснгрнмезтз.

ю. а

15,3

ы. д 12. я 13 .а о.о

и, с.

а.О 25.3 sa.il ?5.3 120.3 125.8

5нс. 2. Изменение тежлратурц акструдвра при наяус;се водорода под давлением 0.3*10^118. Срав'гешк» расчёта с экспериментом: негграрывнял глтл - ресчбт, хрухки - оксперазнт, 1 - томгшратура под конусно* часттмз зкотрудара, й - темпер;-, тура под дорсывм в начали экстру дт.ра.

Г

;>"■_'......—• -^Р о я

_V

'"¿пгзтг-, ' й 3-Й—-. ■■ РЙ^ТУ-. чч -

1 1 -

В 2.4 анализируются условия, ври которых обеспечивается герметичность кгмэри зкструдера при напуске водорода г! осуществляется наиболее полное её заполнение при минимальных затратах зкндкого гелия. Е квазистацаокарной постановке задача о напуске водорода делаются приближения, которые о достаточней степенью точности позволяют получить аналитические зависимости для условия сохранения уплотнения и оптимального момента начала обмерзания камера зкструдера. Вводятся безразмерные параметра, в которых можно построить рекомендуемую область их изменения (рис. 3).0бл ь параметров образуется при построении трёх грзфиксв: условия ненарушения уплотнения, начала обмерзания зкструдера с момента напуска и начала обмерзания при заполнении половины зкструдера задкам водородом.

¿? э тех

Рис. 3. Область выбора рабочих параметров блока формирования для случая напуска водорода (заштрихованная часть): точка. - расчётное значение параметров для блока формирования, треугольник - расчётное значение параметров для зкструдера с увеличенной теплопроводностью (стопки из меда высокой чистоты М1).

В третьей главе рассмотрена возможность подачи твбрдоводородпых таблеток аз криогенного блока формирования в блок ускорения по про-

л'тсччсму отведу. Двигаясь по стволу в тэчвппл около 50 мс, таблетка дсп¿рлотсп за епбт гзилообиэкз с т&имми стенками и тормозится. йепзренле таблетки происходит аз-зэ потека топла передаваемого за гч£т топлззреведзоетя ри вязкостном, кслекулярно-вязкостном или мслохуллрпом чв^чжх ксварокгв-хин! гагм б зависимости от диаметра и вдлпк стали. а такгз разности диаметров ствола z таблетки. В работа оцакгва-зтея условия возникновения различных вариантов махаваз-кз теплсобмена и скорость «старения г каждом случае. Црк вязкостном Т&-ЗЕ2Л пгпарпв'льгося газа в стволе с диаметром 2.2 мм для мзннмаяь-юз гзлгдзи ясларсния с центральной части таблетки получена оценка, го кстогоЯ испаряется 20% масса таблетка за время пролёта по всэчу стволу, "рч устгновнвамдся жшцщаап теч&шд газа испарение таб-лзтки происходят в основном за с.?? излучения. Короткое время пребп-езяпя таблетки в ствола и низкая интенсивность тэплопратоков посредством излучения позволяет игл пренобречь. Для реализации такого рептла нэобходзмо обеспечить сткэчку газа но стволу от среза таблетки и сделать зазор мсэду таблотко2 л стволом около 0.5 км. Откачать газ место только сильно увеличив диаметр ствола (что ив всегда прнемлею) sei сделав его пористая. В проведенном эксперименте на этапа нгстрсЗхи жалась возмогккость фотографировать таблетки на гнлото из промежуточного ствола, '/а размер после пролёта но стволу с диаметром 2.2 км составил 1.78 ± 0.05 мм. В стволе с диаметром 3.5 кк таблетки практически не испарялись.

Таблетки в стволе небольшого диаметра из-за компенсации силы тяжести небольсин перепадом давления испарявшегося газа двигаются практически по оси. Заметное влияние на изменение скорости таблетки может сказать разность давления у торцов. Пзрепад давлений может возникнуть только в узком стволе, где dcrß » ^¡¡ц- Показателем воя-мояности возникновения этого процесса служит величина, равная отно-венав проводшоетей ствола и канала вокруг таблетки. Яри большей проводамсстя ствола давление у торцов таблетки будет определяться яровэдоыостьв соответствующей части ствола. Во время пролёта по стволу таблетка в атом случае сначала тормозится, потом ускоряется. Если начальная скорость недостаточна, таблетка вцяетэг обратно. Так для ствола с диаметром 2.2 мл мдоздашнгя начальная скорость оставит 27 м/с. Таблетку с недостаточной скоростью мозно переместить по зрокегуточному стволу под действием избыточного давлэная у начала зтвола. Такал ситуация возникает, например, при пэрекркваяии откачка

начала ствола толкателем на время аро;£тз тголеткп, пли при кспарониз водорода во время перемещения толкзтг.тк.

Б главе 4 дано описание конструкции пгрлоденеского легкогазозо-го инаэктора табло ток водорода. Епок-схька ¿ст&новки в период; сгон -довых испытания представлена на рис. 4. йавэктор состоит из тр?л основных блоков и ряда вспомогательных систем. Конструкции блоков формирования и ускорения оригинальны и впервпе используются в кшше-торе для тскемака Т-15. Диагностическая камера представляет собой два буферных вакуумных объёма, соедазблвых направляндей трубкой. Ь камере расположена система фотографирования (оатрс-аная пара, взаыйкз с длительном ьзз разряда л 40 не, фотоаппарат), СиЧ - измеритель масс«, микрофон. Сбор информации во громя стрзльби производится ПО'--"ЛЩЬШ ЭВМ.

Рис. 4. Блок - схема периодического инжектора.

3 пятой главе представлена 1'отодока проведения эксперимента к основниэ аксперимэнтальаыэ результата. Огтсивсится катоды ~л средства изморэнай, оценивается их погрешность. Производились кзмерокпл температуры деталей установки на уровне азотно - гелязвак температур, значений вакуума в разл-чшх объёмах (от атмосферного даглапик до вакуума на уровне Ю-"3 Па), скорости папу ска водорода, скоростей

соясзтелл а таблеток при пролёта чпрез промежуточный и основной :т"ол, азнарепт нпсси и размеров таблеток. Прздстввзэнн способа пеладеттзлъгоп ярергркя работн основных узлов установки: блока !.срмкровйШ!Я, чромтлуточ^ого ствола, састеглы отс&чка ускоряющего ?йзя н блок» ускорения, даалгсстаческюс спетом.

Конструкция блоки форгщропЕпал обеспечила конденсации водорода ь экструдере в количестве бявэ 5С.? объема акструдора быстрое, чем 120 с. Для прэдвэратйдьяого уплотнения скозденсзровааногэ водорода и стгЛхягоедяз температура таблеток в коаструыцта олока формаро-газая бил вкодби тепловой ;;лаоч (рас. 1). Температура зкетрудера при ьадаглзгшп твЗрдоволородеого стертая 11 -г- 12 К, тэплового ключа 10 11 К. Для режима уплотнения водорода в экструдере щ»| сдавливания пк-рквзм температура теплового ключа устанаплатзаотсл 6*7 К. Охлаждение коаа осуществляется посредством теплообмена по остаточному газу. Пролйт таблеток по прскэ^уточиому стволу дашетрок 2.2 мм, обоспсчитшется азбитотгам давленжа паров водорода, которое •возникает при кводр толкателя со скорости) порядка 2 м/с в канал промежуточного ствола. Блок ускоропая оил доргботан с целью поиншеная нодВасвоста а обесгочелия бзсаерэбойаого пролета через кого т^'леток.

В результате проводбаной экспериментально» работы была установлен» елвдукздэ нарзмзтрн установка: частота работа блока формирования 1, 2, 6 Гц; частота работа блока ускорения до 10 Гц; герсятность получоаая ускоренной таблетка на выходе аз ашэктора более 90:.;; скорость таблеток в даагаостическоЯ каморе около 1000 11/с. Рязсрос скоростей таблеток вадон аз рис.5, где представлена дз:пщб о скоростях таблеток в шпзкторэ для одной ез сарай.

В зшшгевшгд приводятся выводи по результата?,} диссертации: 1. Разработана арогртш математического моделирования вроцз'.'за нвпуекз газа ара кеадвясацда я камзро зкетрудера. Она позволяет рассчитать азмэаепае тэмпорьтус разхачньга точках блока фермарова-!ия и ход заполнения экструдере по времена. Рассчитывается дпукзряоо распределение температур в корпуса зкетрудера в иэстоцасаарпой задача теплопроводности. Учитывается действа» сгл датархгоетеого натязэ-Ш1я в неаеренае жадности на дне зкетрудера за гчзт теплообмена с перегретш.! газом. Рассчитывается язшпбние площади повэрхйоста конденсация с заполнением камер:/ зкетрудера зегдани ш?:г '/нёрш( водородом (дзатерием). Предлагается перечень условий, которна доюш удовлетворять модедзруомш! процесс напуска для усаызпс® ого ровлдиаця«

V. м/с 1258.0

1803.0

758.8

663.8

253.8

и, и/й

0 01УфОэО £й 3 1 ! 0

V " X 0

X

........

I _ * • ! < 1

75.0

25.0

номер таблётк

О

в.я 7.й.й 40,в 68.0 вв.й

Рлс, 5. Распределение скоростей таблеток в инжекторе: точки - средняя скорость пролёта по промежуточному стволу (правая ось), кружки - средняя скорость пролЗ-та по основному стволу (дсезая ссь), крестики - скорсть в диагностической камере (левая ось).

2. Получены зависимости в безразмерных параметрах, учнтываздю основные Физические процесса, по которым моззо оценить работоспособность проекта инжектора в рз:ычс конденсации. По приведённым графн-кам моаяо определить, к чему приведет изменение того кдх иного конструкционного параметра. Таким образом, конструкция шгкэкторч может быть легко пересчитана для формирования таблеток нового диаметра, в другом количестве гиг для шшзиЗаяых условий эксплуатация.

3. Создан первый в стране перзодзческгг! легкогазовиа инжектор для крутейаэго в стране токамака Т-15. Устззсзха включает в себя: азотзо-гедиавый залшзой криостат с зкструзиошшм блоком форьароза-ния ТЕбрдоводсроджсс или деатарнйЕих подлетов в виде таблеток; отдельно расположений.блок ускорения, представляющий собой легкога-зовув пулку с ксммутацаошшм устройством; диагностическую камеру с бу&ершм объёмом для откатай ускорявшего таблетки газа. Система управления обеспечивает ого дастатщощую работу. Сбор информации о работо установки производится на ЭВМ.

i. Продемонстрирована перспективность разработанной конструкции, Таблетка с разчзрпи 2 « 2 мм формировалась в экспериментальных ^tpaas с частотой 1, 2. Ь Гц, Скорость на вылете аз апкэкторя соста-зала около 1QGU м/с. Дшпшо параметры аз являйся предельными для мжкторз, а представляют coöoa результат стендовых испытанна в -■ПбГТУ.

6. сЖеаерголеаталлао доведены новый конструкции блока формирования а ускорения. J горизонтальном одеокакэрвом екструдерэ удаётся заползать ара конденсации до 90fJ объема камеры. Созданы' надёзашв системы стабилизации т&?,стергтура криогенных узлов на основе использования заливных а проточных теплообменников одновременно. Разработала методика подача паллетов с к&бслълоа скоростью по тентам трубкам аз криогенного блока Формирования. Реаепа задача ускорения с иомоцьа лзпгогеэовоа пузка ухо двагшре.оя таблеток.

6. Мнмэктор установлен на токамск Т-Ъ в института Атомной Энергии пл. И. В. Курчатова для выполнения физической программы.

V.Ha основе опыта экспериментальной работы с инжектором для токамака '1-15 била предложена новея конструкция периодического иажекторэ, защвдёвная авторским свидетельством. Таблетки формируйся в транспортаружей пластине, погруженной в жидкий водород. Ускорение таблеток производятся кспзрлэдимся водородом. В конструкции блока формирования количество приводов движения сокращено до одного. Таблетка равномерно ускоряется в стволе за счбт нагрева ускоряющего газа элоктрическала разряднанама.

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Андреев А.П.. дутеав Б.В., Ловцюс А.л. а др. «нжокаая водородных макрочастиц в токамак Т-ю // Письме в ЖТФ, ¡9а4,г.т, ВЫП. 1S, с. 1199 - 1203.

2. Андреев А.П., Кутиез Довцвс A.A. и др. Влияние инжекциа водородных макрочастиц an основные характеристика разряда в токгмаке 7-ю // Фазгкз Плазмы, 1985, т. 11, вып. 11, с. 1311 -1318.

3. Андреев А.П., Кутзев Б,:!.-, Ловите A.A. а др. Тепломассообмен топливной тзблетхй с термоядерной плазмой в тскамаке Т-ю. - В кн. : Аннотация дсНледоЯ vri Зсессдзнса конференции по тепломассообмену. - Май6к( 19.04, с, 167.

л. Андреев А.IL, Кутеев З.В., Лсзцхс A.A. и др. У.наактор тьбрдо-водородаых таблеток для токамака 7-15. - в кн. i Доклада

Всесоюзной копфзрзшци по лжэмсфиим проодо'мл торлоядорл-;:, реакторов, - Л.,

5. Вжыр К.В., Капралов В.Г., Лопднс л.А. и др. Стал..; : паракатрама модуля шшохшез толя;?а::го: тасшток для нтвро -В кн. : Тезисы 5-ой ЬсоссвззеК кэафэрзнвда по ¿л,гсшер:а. проблемам термзндордих реакторов. - Л., 19ыс, с. ¿ее - гж.

ь. Ловцзо A.A., Капралов В.Г., Кутечв Б.В. а др. Стзндорн:: ксштазля гссп&ктора твэрдого водорода для токемзка T-1¿. -В кк. : Тазлск 5-ой Всесоюзной кокфвреащк ш шкакерг:.'' проблемам тврмояд&рных реакторов. - Л., 1390» с. 292 - ¿<гк

7. Влняр й.В., лалралог В.Р., Ловцло ¿.А. к др. Лзлетгазока; ускорхтэлд кряогенлих толллзклх таблеток. - 3 лд. : Тозлзк ь-Л Всесоюзной кол£эрещ2л по аллокорнал проблчмал тарглоидордч; реакторов. - Л., 1990, с. 298 - з99.

8. Кутв&в В.в., Дозц&с A.A., какзйдзнко А.д., ¿ др. Слетел; ВВТОШТЙЗЯрОВЗЬНОГО управлзддя КВ^КТСрОК Т;;0рД01'0 содорол для Т-15- В кл. : Тозисц 5-oíl Нззсоглзод колрролл, í гл ддло-лзршдм ЦрОбЛОКЬГЛ тзрлоядзрлид рззкторов. - Л., ! 990; С, 294 -

9. A.c. J? 1376792 СССР, «КИ a ZI Е 1/00. Клюктор тзплдлзлл тзо;.-.-ТОК / ЛОВЦРС A.A., /ддрсов A.n., Лук;Л1 Д.Я. (СССР). - a 3äiJ74V: ЗЗЯБЛ2П0 28.UP.85.

10. A.c. 1209dp4 СССР , УКК I' Ci У 27/02. Кр:осгроЦ2е1ПыХ н-зсес. Лобдкс Л.Л., Лддраев АЛ!., Сдобджод г:.У. ;СССР). - „>,; РЗЭОЗЗЙ Заявлено 09.-01.84; Опубл. D7.0~.86, Рпл. Ь. - 2с, 2лг.

11. A.c. Ii UG1&21 СССР', Mill Ü 2х В l/CC. Высокочастотный пглэкю; тогшшшх таблзток для т&рмоядщшх ус.знобок. / Блляр И.Е. Ловцэс A.A. (СССР). - .1 41C7G76; Огялдзно lb.U3.Uo; Опубд 07.08.88, Вт. № 21. - 3 о, £ ¡и.

12. ЛОЕЦВС A.A. Форгдлровснпе водородл,;:: tcC-y. "ок для скорострзлъкол инжектора токамэка Т - 1S // Вопроси атолла;' науки л т&хникг Сория Тершядэршй синтез. - 12УЗ, ваи. 4, £■>.

295.

Подписано к пзчатя 08.12.92 Заказ 418

г.

Ткрож 100 экз.

Объел 1 л.л. Ресцлатно.

Ротапринт. ЛИТМО'. 19Э0С0, Саякт-Паюроурт, пзр.Гргшцова, 14