ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Комплексное исследование системы откачки продуктов термоядерного синтеза из "Методы расчета вакуумных систем" Проведем комплексный анализ системы откачки продуктов термоядерного синтеза ITER. В качестве основных методов исследования используем метод Монте-Карло пробной частицы (см. гл. 1) и аналитические методики [1]. Под комплексным анализом понимается анализ как вакуумных, так и тепловых характеристик системы откачки. [c.135] Конструкция системы откачки. Общая схема системы откачки продуктов термоядерного синтеза ITER показана на рис. 3.20. Система откачки представляет собой диверторный трубопровод, внутри которого установлен крионасос. [c.135] Крионасос состоит из цилиндрического кожуха, внутри которого закреплен цилиндрический защитный щит, который охлаждается до 80 К. Входное сечение насоса открьшается и закрывается посредством клапана, укрепленного на поршне и обеспечивающего как регулировку быстроты действия насоса, так и начало и конец процесса откачки. Кроме цилиндрического щита насос имеет защитный экран, состоящий из конусов, охлажденных также до 80 К. [c.135] Внутренняя структура крионасоса показана на рис. 3.21. Поверхности (панели) с нанесенным сорбентом имеют прямоугольную форму и охлаждаются до 5 К. От взаимодействия входного теплового потока они полностью защищены цилиндрическим щитом и коническим защитным экраном. [c.136] Были проанализированы как система откачки в целом, так и крионасос. При анализе системы откачки контрольное сечение находилось на входе в диверторный трубопровод и учитывалась полная конфигурация системы вместе с главным клапаном крионасоса. [c.136] При анализе крионасоса контрольное сечение располагалось на входе в крионасос, крышка главного клапана не учитывалась, однако в анализируемую конфигурацию входил фрагмент поршня главного клапана, который находится внутри насоса. [c.136] Коэффициенты прилипания газа на всех криопанелях с сорбентом принимались равными и изменялись от О до 1. На всех прочих стенках системы коэффициенты прилипания считались нулевыми. Значения быстроты действия рассчитывались для гелия. [c.136] Расчеты быстроты действия. Результаты анализа изменения быстроты действия системы откачки в целом и крионасоса в зависимости от коэффициентов прилипания газа на панелях с сорбентом показаны на рис. 3.22 и 3.23 соответственно. [c.136] Значения коэффициента захвата крионасоса изменяются от 0,025 (для коэффициента прилипания на криопанелях с сорбентом, равного 0,001) до 0,38 (для коэффициента прилипания, равного 1). В системе откачки в целом коэффициенты захвата значительно снижаются, так как появляется множество факторов, препятствующих попаданию частиц к криопанелям с сорбентом. Влетая внутрь системы, частицы испытывают сопротивление со стороны диверторного трубопровода и главного клапана крионасоса. При этом значения коэффициентов захвата для системы откачки в целом меняются слабо при таком же изменении коэффициентов прилипания на криопанелях с сорбентом — от 0,058 (при коэффициенте прилипания 0,001) до 0,062 (при коэффициенте прилипания 1). [c.136] Это говорит о том, что в системе откачки в целом частицам изначально очень трудно достигнуть панелей с сорбентом — доля долетающих до панелей частиц мала и составляет около 6 %. Однако если частица все же долетает до криопанелей с сорбентом, то ей трудно вылететь назад, и, несмотря на малый коэффициент прилипания, существует высокая вероятность захвата частицы. [c.137] Необходимо отметить, что предполагаемая проектировщиками быстрота действия вышеописанной системы откачки составляет 41,5 м/с, что на 10—20 % ниже полученных в результате анализа значений. Это расхождение можно объяснить различием характеристик потока на входе в систему откачки для реальной установки и для моделируемой системы. [c.137] Расчет теплопритоков через слой разреженного газа. Основными факторами, влияющими на температурный режим работы системы, являются теплопритоки излучением и от панелей экрана к криопанелям с сорбентом через разреженный газ. Теплопритоки теплопередачей через компоненты системы, а также вызванные процессами конденсации и сорбции не будем рассматривать, так как эти факторы регулируются оптимизацией тепловой изоляции и задаваемым режимом работы. [c.137] Выбор конфигурации системы влияет именно на защиту от теплопритоков излучением и через разреженный газ. Результаты расчетов теплопритоков по разреженному газу на криопанели с сорбентом для разных давлений показаны на рис. 3.24. [c.137] Подобный расчет необходим, так как главным условием работы как системы, так и крионасоса является поддержание температурного режима криопанелей с сорбентом, поскольку именно на них происходит сорбция откачиваемого газа. [c.137] Из представленной зависимости видно, что теплоприток экспоненциально падает с уменьшением давления внутри системы и при давлениях ниже 10 Па составляет доли ватта. [c.138] Расчет теплопритоков излучением. Результаты анализа теплопритоков излучением к криопанелям с сорбентом от поверхностей, их окружающих, — защитных экранов показаны в табл. 3.5 и на рис. 3.25. Излучение от входного сечения на криопанели с сорбентом отсутствует. Из проведенного анализа видно, что для данной конфигурации системы откачки значения теплового потока излучением к криопанелям с сорбентом может достигать 23 Вт. [c.138] Бьш проведен комплексный анализ системы откачки продуктов термоядерного синтеза ITER. Все расчеты умышленно осуществлялись для широкого диапазона значений параметров системы. [c.138] Полученные в результате анализа значения быстроты действия имеют расхождения, равные 10—20 %, со значениями быстроты действия, предполагаемыми проектировщиками системы откачки вышеописанной конфигурации (41,5 м /с). Эти расхождения можно объяснить различиями характеристик потока на входе в систему откачки для реальной установки и для моделируемой системы. [c.139] Необходимо отметить, что система откачки в целом имеет стабильное значение быстроты действия для широкого диапазона коэффициентов прилипания, поэтому можно сделать вывод, что сорбент для системы следует выбирать исходя, в первую очередь, из емкостных характеристик, поскольку, как видно из расчетов, коэффициент прилипания незначительно влияет на эффективность системы. [c.139] Также следует основное внимание обращать на степень черноты поверхностей системы и, пользуясь результатами анализа (табл. 3.5), можно выбрать наиболее оптимальный вариант. [c.139] Вернуться к основной статье