一項(xiàng)新研究指出，聚變堆包層設(shè)計(jì)不能僅僅依賴平均參數(shù)，局部溫度梯度的精細(xì)考量至關(guān)重要。美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)的Jin Whan Bae團(tuán)隊(duì)近期在《Nuclear Fusion》上發(fā)表成果，他們利用FREDA框架構(gòu)建的高保真雙向耦合模型，首次量化了溫度反饋在ARC類托卡馬克熔鹽包層中對(duì)中子學(xué)特性的局部影響。
研究發(fā)現(xiàn)，盡管溫度空間分布的不均勻性對(duì)全局氚增殖比(TBR)影響甚微(差異小于0.1%)，但在溫度梯度強(qiáng)烈的區(qū)域，局部TBR預(yù)測(cè)值可能出現(xiàn)高達(dá)4%的偏差，局部溫差偏差可達(dá)30K。這30K的差異在極端工況下，可能直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)材料是否會(huì)超出熱疲勞限值。研究還通過(guò)高保真模型觀察到，包層外側(cè)因幾何曲率可能引發(fā)流體分離并形成非定常旋渦，影響散熱效率。
該研究為聚變堆設(shè)計(jì)提供了重要啟示：在概念設(shè)計(jì)階段，可采用計(jì)算成本較低的均質(zhì)化模型進(jìn)行全局參數(shù)掃描;但當(dāng)進(jìn)入詳細(xì)工程設(shè)計(jì)階段，尤其是評(píng)估局部熱應(yīng)力、材料行為及氚提取系統(tǒng)時(shí)，必須采用能捕捉精細(xì)溫度反饋的顯式耦合模型，以規(guī)避潛在風(fēng)險(xiǎn)。目前，這種高保真模擬計(jì)算成本高昂，未來(lái)需在精度與效率間取得更好平衡。
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