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本论文主要研究HT-7超导托卡马克限制器上的热负荷沉积模式。通过研究边缘等离子体物理以及等离子体与壁面相互作用的基本物理理论,并结合相关的HT-7托卡马克实验数据,建立了适合HT-7托卡马克的边缘等离子体物理模型,并以该模型为基础,利用大型有限元分析软件ANSYS,对活动限制器以及环向限制器表面的热负荷沉积模式进行数值模拟研究。
本文通过引入边缘物理模型以及HT-7真空室圆截面的几何关系,并同时考虑了了平行磁力线和垂直磁面热通量的作用,用ANSYS程序模拟了长脉冲放电参数条件下活动限制器表面的热负荷沉积模式,得到了与红外相机测量结果较为接近的模拟结果,并对影响热负荷沉积分布结果的相关因素进行了讨论。
另外,本文还应用基本电磁学理论,拟合出HT-7最后闭合磁面的小半径随环向角的变化曲线,并在MatLab中建立了具有磁场波纹度影响的最外闭合磁面模型。利用该模型,模拟得到了长脉冲放电稳态情况下环向限制器表面热负荷沉积和温度分布结果,以及瞬态情况下最外闭合磁面中心移动时,环向限制器表面热负荷及温度分布随时间的变化情况。同时对环向限制器端头斜面瓦减小热负荷沉积效果进行了论证,并对端头相对纵场线圈不同位置下的热负荷沉积进行了讨论。斜面瓦在很大程度上减小了限制器边缘热负荷,在减少Hot Spot上起到了一定作用。当限制器端头处于纵场线圈位置时比在两线圈中间的热负荷沉积小得多,对限制器的改造有很大的借鉴意义。