Numerical simulation analysis for the divertor plate of DEMO reactor

原型炉におけるダイバータ板の数値解析

Liu, C.; 飛田 健次

Liu, C.; Tobita, Kenji

原型炉のダイバータ板で除熱可能な最大熱流束をFLUENTコード解析によって調べた。ダイバータ板はモノブロック型タングステンアーマと低放射化フェライト鋼配管から構成され、290C, 150気圧の加圧水で冷却すると仮定した。この結果、タングステンの熱膨張率はフェライト鋼よりも小さいため、タングステンアーマが冷却配管の内圧を支えることになり、一次応力はほとんど問題にならないことがわかった。フェライト鋼の使用温度上限と配管内の熱応力による二次応力が最大熱流束の決定要因であり、この評価値は5MW/mであった。熱流束を改善する方策として、配管径を小さくする方法及びSiC/SiC配管にする方法を提案した。

The critical heat flux margin of the tungsten armour and the accommodation of the thermal stress between the cooling tube and the W armour was considered. The wall thickness of the F82H tube variation or as a constant were considered to analysis the heat removal capability of the cooling tube. It was found a nonlinear distribution of the peak temperature for the W armour and the top cooling tube with the tube bore rising. And q = 5 MW/m or under the value would be acceptable based on present engineering consideration. The structure coupled analysis indicated the primary stress of the cooling tube was safety, less than 50 MPa, but thermal stress would be closed to 3Sm due to the thermal expansion between W armour and F82H tube. Based on the coupled results, a thinner tube would be better than a thicker one by considering thermal conducting and thermal stress. Finally, for the issues on CHF and thermal stress, the possible optimizations were discussed.