邊界等離子體輸運(yùn)模式的模擬研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文邊界等離子體輸運(yùn)模式的模擬研究SimulationResearchonPlasmaTransportationRegimeInanEdgeTokamakDivertor作者姓名：學(xué)科、專業(yè)：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：完成日期：割金運(yùn)麴援20160524大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要為了使托卡馬克中的雜質(zhì)能夠順利地排出裝置，并實(shí)現(xiàn)其進(jìn)一步的循環(huán)自持，針對(duì)偏濾器理論上的細(xì)化

2、研究與實(shí)驗(yàn)上的合理控制是磁約束聚變裝置科研工作中極其重要的一項(xiàng)內(nèi)容。在偏濾器不同的運(yùn)行模式下，托卡馬克裝置芯部和邊界處的等離子體都會(huì)呈現(xiàn)出不同的輸運(yùn)狀態(tài)，類似于密度、溫度、速度與壓強(qiáng)等各個(gè)特性參數(shù)的變化規(guī)律也都有著明顯的差別。再者，邊界SOL區(qū)域作為連接芯部等離子體和器壁材料的過(guò)渡區(qū)域，其變化狀態(tài)直接影響著整個(gè)裝置的運(yùn)行狀態(tài)，因而，對(duì)邊界等離子體行為特性的研究具有非常重要的意義。針對(duì)現(xiàn)階段托卡馬克裝置中邊界SOL區(qū)域等離子體的理論研究細(xì)

3、化不夠充分等問題，本篇碩士論文共分為四章內(nèi)容對(duì)邊界等離子體特別是偏濾器靶板附近的等離子體輸運(yùn)特性進(jìn)行分析研究。在第一章中，介紹研究的背景及意義，概括說(shuō)明偏濾器的基本特性和不同運(yùn)行模式之間的區(qū)別。在第二章中，對(duì)偏濾器靶板附近預(yù)鞘層的特性進(jìn)行細(xì)化研究，得到了部分詳細(xì)的解析結(jié)果。具體的，以“兩點(diǎn)”模型為基礎(chǔ)，對(duì)其進(jìn)行分析與模擬，特別是對(duì)馬赫數(shù)的模型進(jìn)行了充分的分析與優(yōu)化，改進(jìn)了整體的模型。分別分析了幾種對(duì)應(yīng)于低再循環(huán)模式和高再循環(huán)模式下預(yù)鞘層

4、區(qū)域中各物理量的變化情況，模擬得到馬赫數(shù)的變化趨勢(shì)和解析解。低再循環(huán)模式下，馬赫數(shù)的變化從平緩到迅速，整體變化趨勢(shì)是單調(diào)的，到靶板處達(dá)到聲速。當(dāng)粒子源與等離子體密度成零次冪時(shí)，粒子在所模擬的不同源項(xiàng)之中被加速的最慢：隨著等離子體密度冪次的升高，馬赫數(shù)的整體變化坡度越漸平緩，相同位置處的粒子被加速的越來(lái)越快，其加速區(qū)域越來(lái)越提前，整體移向上游區(qū)域。優(yōu)化后的模型與原模型的結(jié)果有著細(xì)微的差別，相同位置處的等離子體速度稍小。高再循環(huán)模式下，馬赫

5、數(shù)在靠近X點(diǎn)附近的上游區(qū)域幾乎是不變的，在靠近靶板附近的偏濾器區(qū)域會(huì)迅速上升，變化十分劇烈。與低再循環(huán)模式不同的是，反常輸運(yùn)項(xiàng)對(duì)高再循環(huán)模式下的模型造成了不可忽略的影響，模型優(yōu)化以后，馬赫數(shù)的整體變化趨勢(shì)不變，但是相同位置處的等離子體速度變大，整體加速區(qū)域移向上游。在第三章和第四章中，根據(jù)偏濾器不同的運(yùn)行模式，分別針對(duì)不同的邊界等離子體輸運(yùn)模型進(jìn)行細(xì)化、分析與優(yōu)化，通過(guò)無(wú)量綱處理各個(gè)方程的系數(shù)，數(shù)值模擬后得到更加細(xì)致的模型和結(jié)論。最后總