Współczynnik oporu hydraulicznego dla kabla HTS typu triplet

Kierownik projektu: Aleksandra Dembkowska

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki

Szczecin

Data otwarcia: 2021-04-23

Streszczenie projektu

Europejska Mapa Drogowa Fuzji przewiduje rozpoczęcie produkcji sieciowej energii elektrycznej uzyskanej z fuzji jądrowej około połowy obecnego wieku. Plan ten, w części krótkoterminowej, obejmuje budowę oraz uruchomienie Międzynarodowego Eksperymentalnego Reaktora Termonuklearnego (ITER). W perspektywie długoterminowej, po osiągnięciu pełnej wydajności reaktora ITER, prace badawczo – rozwojowe prowadzone w ramach jego harmonogramu mają przyczynić się do powstania pierwszej elektrowni termojądrowej. Równolegle do budowy tokamaka ITER, trwają prace nad projektem koncepcyjnym pierwszej elektrowni termojądrowej określanej mianem EU-DEMO (EUropean DEMOnstration Fusion Power Plant). Przewiduje się, że tokamak ITER przy osiągnięciu pełnej wydajności będzie generował moc termojądrową dziesięciokrotnie większą od mocy dostarczanej w celu ogrzania plazmy, natomiast zadaniem DEMO będzie produkcja energii elektrycznej z reakcji termojądrowej na poziomie kilkuset MWe w zamkniętym cyklu paliwowym trytu. Gorąca plazma w tokamakach ITER i EU-DEMO utrzymywana będzie dzięki systemowi magnesów nadprzewodnikowych. Aktualnie trwają prace nad projektami cewek dla reaktora EU-DEMO, w które zaangażowane są zespoły międzynarodowe: Italian National Agency for New Technologies (ENEA Frascati, Włochy), École Polytechnique Fédérale de Lausanne Swiss Plasma Center (EPFL – SPC, Szwajcaria), The French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA, Francja) oraz Karlsruhe Institute of Technology Institute for Technical Physics (KIT, Niemcy). Projekty uzwojeń EU-DEMO proponowane przez te zespoły są poddawane kompleksowym analizom: mechanicznym, elektromagnetycznym oraz cieplno-przepływowym.
Wiele prototypów konstrukcji kabli, a także ich elementów (głównie kanały, którymi przepływa chłodziwo) projektowanych dla reaktora EU-DEMO nie było dotąd badane pod kątem charakterystyk oporu hydraulicznego. Testy hydrauliczne kabli nadprzewodnikowych prowadzane w celu wyznaczenia korelacji opisujących współczynnik oporu hydraulicznego, polegają na pomiarze spadku ciśnienia na jednostkę długości kabla w funkcji strumienia masy przepływającego czynnika. W Zachodniopomorskim Uniwersytecie Technologicznym w Szczecinie zbudowane zostało stanowisko THETIS do pomiarów cieplno – przepływowych kabli nadprzewodnikowych. W latach 2019 – 2020 przeprowadzono testy próbek wykonanych na wzór konstrukcji kabli nadprzewodnikowych typu HTS (kable zbudowane z nadprzewodników wysokotemperaturowych, ang. high temperature superconductors) projektowanych dla reaktora EU-DEMO lub dla planowanego eksperymentu (Winding Demonstrator). Kable HTS projektowane na potrzeby projektu Winding Demonstrator (WD), a także dla cewek CS oraz TF reaktora EU - DEMO składają się z kilku żył Croco (ang. Cross-Conductor) lub bazujących na koncepcji RSCCCT (ang. Round Strands Composed of Coated Conductor Tapes), skręconych wokół miedzianego rdzenia oraz zamkniętych w płaszczu ze stali nierdzewnej, który wydziela kanał przepływu chłodziwa.
Rzetelna ocena istniejącej korelacji lub opracowanie nowej korelacji mają miejsce wówczas, gdy dostępne są dane eksperymentalne współczynnika oporu w szerokim zakresie liczby Reynoldsa. Dane eksperymentalne spadku ciśnienia na jednostkę długości kabla w funkcji strumienia masy przepływającego czynnika uzyskane na instalacji THETIS pozwalają na opracowanie korelacji dla współczynnika oporu hydraulicznego w ograniczonym zakresie liczby Reynoldsa.
W ramach grantu obliczeniowego planowane jest stworzenie modelu pojedynczego kanału przepływu chłodziwa kabla HTS (konstrukcja zaproponowana przez zespół badawczy z Karlsruhe Institute of Technology, Eggenstein-Leopoldshafen, Niemcy). W kolejnym etapie planowana jest symulacja przepływu chłodziwa w kanale w celu badania spadku ciśnienia na jednostkę długości kanału z zastosowaniem metody CFD (Computional Fluid Dynamics) w środowisku symulacyjnym ANSYS. Uzyskane wyniki symulacji numerycznej zostaną porównane z wynikami testów hydraulicznych uzyskanych dla próbki kabla. Następna część prac dotyczyć będzie symulacji przepływu w kanale dla większych prędkości przepływu czynnika, w celu oszacowania współczynnika oporu hydraulicznego w szerszym zakresie liczby Re.


← Powrót do spisu projektów

CONTACT

Our consultants help future and novice users of specialized software installed on High Performance Computers (KDM) at the TASK IT Center.

Contact for High Performance Computers, software / licenses, computing grants, reports:

kdm@task.gda.pl

Administrators reply to e-mails on working days between 8:00 am – 3:00 pm.