Thermal-Hydraulic Calculations and Reliability Evaluation for Water Cooling System of Demo-FNS First Wall and Divertor

Abstract

Описана конструкция первой стенки ПС и дивертора ДЕМО-ТИН, объединённых в единую систему (ПСД) общей системой водяного охлаждения (СВО). Выполнены расчёты теплогидравлических параметров ПСД при различных распределениях тепловой нагрузки из плазмы. По результатам расчётов намечены пути оптимизации конструкции ПСД и СВО. Методами вероятностного анализа безопасности выполнена оценка надёжности работы ПСД и сделан вывод, что надёжность работы ПСД в значительной степени зависит от надёжности крепления бериллиевых тайлов и вероятности возникновения аварий c потерей теплоносителя в СВО.Ключевые слова: ДЕМО-ТИН, первая стенка, дивертор, система водяного охлаждения, теплогидравлические расчёты, оценка надёжности.The design of the DEMO-FNS first wall and divertor combined into the FWD system using general water cooling system (WCS) is described. The thermal-hydraulic parameters of the FWD at different plasma heat load distributions were calculated. On the basis of these calculations the ways of FWD and WCS optimization were laid down. Reliability of FWD system operation was evaluated using probabilistic methods of safety analysis and the conclusion was made that the reliability of the FWD operation to a great extent depends on the reliability of beryllium tiles fastening and the probability of the loss of coolant accidents in the WCS. ВВЕДЕНИЕПервая стенка (ПС) и дивертор -одни из самых энергонапряжённых и важных для надёжности и безопасности элементов установки ДЕМО-ТИН, проект которой предложен в [1]. Описана конструкция ПС и дивертора, объединённых в единую систему ПСД и охлаждаемых водой -одним из возможных теплоносителей [2]. Для уточнения характеристик СВО были выполнены расчёты теплогидравлических параметров ПСД, которые подтвердили работоспособность предложенной конструкции при различных распределениях тепловой нагрузки из плазмы. По результатам расчётов намечены пути оптимизации конструкции ПСД и СВО. Методами вероятностного анализа безопасности выполнена оценка надёжности работы ПСД и сделан вывод, что надёжность работы ПСД в значительной степени зависит от надёжности крепления бериллиевых тайлов и вероятности возникновения аварий типа LOCA (аварий с потерей теплоносителя) в СВО.

Assessment of Thermal-Hydraulic Parameters Vacuum Chamber Cooling System of FNS Installatiosions

“…Оценки, выполненные в [3], показывают, что в штатном режиме работы суммарная тепловая мощность, поступающая к ВК путём теплообмена излучением с окружающими конструкциями и через крепления этих конструкций к ВК, незначительна по сравнению с тепловой мощностью ВК, обусловленной внутренним тепловыделением, и в дальнейшем этой величиной пренебрегаем.…”

“…Результаты расчётов приведены в табл. 3 «Сотовая» конструкция ВК. Стальные пластины во внутрикорпусном объёме соединены таким образом, что образуют шестигранные каналы для течения воды.…”