Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Основной прогресс в исследованиях по проблеме управляемого термоядерного синтеза за последнее десятилетие связан с установками тока-мак. Токамаки весьма сложные и дорогие электрофишческие устройства. Поэтому анализ работоспособности отдельных узлов и всей установки в целом представляется важной и непростой задачей. Развитие возможностей вычислительных средств расширяет возможности численного эксперимента и математического моделирования. По море повышения требований к экспериментальным установкам сильно усложняется конструкция токамаков и методы ее моделирования. Поэтому происходят постоянные изменения как в постановках задач, так и в алгоритмах их решения. Применительно к анализу переходных электромагнитных процессов в токамаках прогресс движется по двум основным направлениям. С одной стороны, новые экспериментальные исследования на современных установках позволяют моделировать процесе срыва тока плазмы, эволюция которого ранее становилась известной лишь из конкретного эксперимента. С другой стороны, появилась возможность проводить детальный трехмерный анализ переходных процессов в конструкциях в отличие от применяемого ранее двумерного осесимметричного анализа. Н частности, в токама-ке ИТЭР трехмерный анализ актуален при проектировании вакуумной камеры, бланкета, дивертора, механической структуры и ряда других элементов конструкции. И наконец, в России отсутствовал надежный и удобный код для трехмерного анализа переходных электромагнитных процессов.
Основная цель работы - это разработка алгоритмов расчета полей квазистационарных токов в приближении тонких оболочек, а также решение ряда задач трехмерного анализа переходных электромагнитных процессов в токамаках ИТЭР1 и TEXTOR2 с использованием разработанных алгоритмов.
Научная новизна.
-
Предложена методика оценки длительности срыва тока плазмы в токамаке, которая позволяет достаточно просто и быстро сделать необходимые инженерные оценки Сделана оценка длительности срыва тока плазмы в ИТЭР, она используется при последующих расчетах электромагнитных нагрузок на камеру, бланкет и дивертор ИТЭР при срыве тока плазмы.
-
Разработан алгоритм нахождения полей квазистационарных токов в приближении тонких оболочек. Показана его практическая реализуемость, проведено тестирование алгоритма. Сам алгоритм имеет ряд отличий в постановке задачи от описанных в литературе близких алгоритмов. Основной особенностью реализации является его более высокая эффективность при заданной точности по сравнению с известными аналогами, позволяющая использовать персональные компьютеры средней производительности.
-
Проведен анализ ряда конструкций с использованием разработанного алгоритма.
'ITER Concept Defenition. ITER Documentation Series. No.3, v.2, IAEA, Vienna, 1990; Design Description Document (DDD). G17DDD1 94-12-2 W 00-AB.
3TEXTOR, Technical Data I. Institute fur Plasmaphysik. Herausgeber: Ass. EURATOM-KFA, 1980.
Практическая ценность.
-
Разработанный алгоритм бил реализован в исполняемых кодах для компьютера с операционной системой MS-DOS или Novell DOS.
-
Алюритм был использован для решения задач
(а) расчет резистивных потерь и сравнительного анализа вариантов конструкции
механической системы ИТЭР (результаты представлены на встречах рабочих
групп ИТЭР),
(б) расчет механических нагрузок на вакуумную камеру, бланкет и дивертор ИТЭР
(результаты представлены на встречах рабочих групп ИТЭР),
(в) расчет резистивных потерь в контакте сверхпроводящего кабеля центрального
соленоида ИТЭР (результаты представлены на встречах рабочих групп ИТЭР),
(г) расчеты механических нагрузок на вакуумную камеру TEXTOR (работа вы
полнена по контракту с институтом Forschungzentrum Juelich, Institut fur
Plasmafisik, Юлих, Германия, в 1994г. TEXTOR после реконструкции сдан в
эксплуатацию).
Апробация работы. Результаты работы докладывались на семинарах в НИИЭФА им.Д.В.Ефремова и ЛФТИ им.Л.Ф.Иоффе, встречах рабочих групп ИТЭР, рабочих совещаниях по реконструкции токамака TEXTOR, 31-й летней школе по физике плазмы (Калэм, 1994г.), всесоюзных конференциях по инженерным проблемам термоядерных реакторов (Ленинград, 1990г.) и по физике плазмы (Звенигород, 1989, 1990, 1991гг.), на международной конференции по вычислительным методам и программированию (Дубна, 1993г.), 15-м международном симпозиуме но электромагнитной теории (С.-Петербург, 1995г.), 10-м совещании по математическому моделированию в физике плазмы (Сухуми, 1991г.), на международной конференции по оптимизации в конечных элементах (С.-Петербург, 1995г.), на европейских конференциях по физике плазмы и управляемому синтезу (Берлин, 1991г.), по ускорителям заряженных частиц (Лондон, 1994г.) и по магнитной технологии (Тампере, 1995г.).
На защиту выносятся
-
Инженерная методика оценки длительности срыва тока плазмы в токамаках с использованием глобальной (нульмерной) модели энергобаланса.
-
Методика нахождения полей квазистационарных токов в приближении тонких оболочек. Проведена
постановка задачи,
пространственная дискретизация полученного интегро-дифференциального уравнения,
выбрана численная схема решения временной задачи,
-
Реализация методики в исполняемых кодах для компьютера средней производительности, достоверность которой подтверждена решением ряда тестовых задач.
-
Методика применения разработанного алгоритма к задачам, в которых условия применимости подхода тонких оболочек не выполняется строго.
5. Результаты решения практических задач анализа электромагнитных нагрузок и потерь от вихревых токов в ряде переходных режимов работы установок ИТЭР и TEXTOR.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав и заключения, имеет объем 107 стр., 57 рисунков, 10 таблиц, список цитируемой литературы из 128 работ.
