本發(fā)明屬于受控核聚變裝置的熱負(fù)荷診斷，具體涉及一種east長(zhǎng)脈沖低參數(shù)放電下限制器熱流測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
1、在托卡馬克類核聚變裝置中，限制器作為與等離子體邊界直接接觸的第一壁部件，承受著極高熱負(fù)荷。east（experimental?advanced?superconducting?tokamak，東方超環(huán)）作為重要的受控核聚變研究平臺(tái)，其運(yùn)行目標(biāo)為實(shí)現(xiàn)高參數(shù)、長(zhǎng)脈沖穩(wěn)態(tài)等離子體。然而，實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到限制器在高熱流作用下出現(xiàn)材料熔蝕、金屬液滴噴濺，最終導(dǎo)致等離子體失穩(wěn)或放電終止。當(dāng)前，east限制器表面的熱流分布特征及其形成機(jī)制尚不明確，而第一壁強(qiáng)熱流已成為限制穩(wěn)態(tài)放電持續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵瓶頸。
2、在現(xiàn)有的核聚變裝置熱流測(cè)量中，常用的技術(shù)手段包括：
3、紅外熱成像系統(tǒng)（ir）：具備高時(shí)間與空間分辨率，適合捕捉熱流的瞬時(shí)響應(yīng)；但其測(cè)量結(jié)果依賴于材料發(fā)射率、表面條件等因素，容易受到反射與污染影響，存在反演誤差。
4、langmuir探針：用于測(cè)量邊界等離子體參數(shù)，可估算熱通量；但其侵入性強(qiáng)、空間覆蓋有限，且不能長(zhǎng)期部署于主限制器。
5、水冷量熱系統(tǒng)：通過(guò)監(jiān)測(cè)冷卻水進(jìn)出口溫差和流速，計(jì)算鎢塊所承受的平均熱流，具有良好的抗干擾能力和能量閉合性。然而，在低熱流（<10?kw/m2）情況下，傳統(tǒng)水冷系統(tǒng)分辨率不足，難以準(zhǔn)確獲取熱負(fù)荷數(shù)據(jù)，尤其在低參數(shù)長(zhǎng)脈沖實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)不佳。
6、此外，現(xiàn)有測(cè)量方法多依賴單一手段，難以綜合獲得限制器熱流的定量數(shù)值與空間分布特征，更難以描述其隨等離子體演化的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。因此，亟需一種多源數(shù)據(jù)融合、結(jié)合建模仿真的測(cè)量方法，可在低參數(shù)工況下獲取穩(wěn)定可靠的限制器熱流空間分布結(jié)果，并為等離子體-壁相互作用研究提供支撐。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種east長(zhǎng)脈沖低參數(shù)放電下限制器熱流測(cè)量方法，能夠在低參數(shù)工況下獲取穩(wěn)定可靠的限制器熱流空間分布結(jié)果。
2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
3、一種east長(zhǎng)脈沖低參數(shù)放電下限制器熱流測(cè)量方法，包括：
4、通過(guò)水冷量熱系統(tǒng)分別測(cè)量限制器各列鎢塊的總熱通量，以獲取實(shí)測(cè)熱通量數(shù)據(jù)；
5、利用微波反射計(jì)獲取中平面徑向電子密度分布，并結(jié)合歷史探針數(shù)據(jù)設(shè)定電子溫度；
6、依據(jù)電子溫度，在限制器徑向范圍內(nèi)對(duì)平行熱流進(jìn)行指數(shù)擬合，得到熱流衰減長(zhǎng)度；
7、根據(jù)限制器及第一壁部件三維模型與實(shí)驗(yàn)磁場(chǎng)文件實(shí)現(xiàn)磁力線追蹤，獲得追蹤結(jié)果；
8、根據(jù)追蹤結(jié)果計(jì)算第一壁部件三維模型各網(wǎng)格的磁連接長(zhǎng)度，得到磁連通結(jié)果；
9、根據(jù)磁連通結(jié)果，設(shè)定熱流衰減寬度及中平面2350?mm處熱流值，模擬限制器表面平行熱流分布；
10、依據(jù)電子密度衰減寬度確定最大、最小熱流衰減寬度，調(diào)整最大、最小熱流衰減寬度使模擬的熱通量趨勢(shì)與實(shí)測(cè)熱通量數(shù)據(jù)一致；
11、繼續(xù)調(diào)整中平面2350?mm處邊界電子溫度，使各列鎢塊熱流積分值與實(shí)測(cè)熱通量數(shù)據(jù)匹配；
12、輸出限制器表面三維熱流分布圖，實(shí)現(xiàn)模擬與實(shí)測(cè)相吻合。
13、進(jìn)一步地，水冷量熱系統(tǒng)的熱電偶測(cè)溫精度為±0.05?℃，數(shù)據(jù)采集精度不低于±0.01?℃，流量測(cè)量精度優(yōu)于5%。
14、進(jìn)一步地，微波反射計(jì)測(cè)量頻率范圍為30?ghz至110?ghz。
15、進(jìn)一步地，實(shí)驗(yàn)磁場(chǎng)文件來(lái)源于實(shí)驗(yàn)實(shí)時(shí)磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。
16、進(jìn)一步地，根據(jù)追蹤結(jié)果計(jì)算第一壁部件三維模型各網(wǎng)格的磁連接長(zhǎng)度，得到磁連通結(jié)果包括：設(shè)定最大磁連接長(zhǎng)度、步長(zhǎng)以及最小磁連接長(zhǎng)度，根據(jù)第一壁部件三維模型的網(wǎng)格劃分，計(jì)算每一塊網(wǎng)格的磁連接長(zhǎng)度，即磁連通結(jié)果。
17、進(jìn)一步地，依據(jù)電子密度衰減寬度確定最大、最小熱流衰減寬度，調(diào)整最大、最小熱流衰減寬度使模擬的熱通量趨勢(shì)與實(shí)測(cè)熱通量數(shù)據(jù)一致包括：在最大、最小熱流衰減寬度范圍內(nèi)，連續(xù)調(diào)整熱流衰減寬度直至趨勢(shì)一致。
18、進(jìn)一步地，繼續(xù)調(diào)整中平面2350?mm處邊界電子溫度，使各列鎢塊熱流積分值與實(shí)測(cè)熱通量數(shù)據(jù)匹配包括：通過(guò)迭代調(diào)整中平面2350?mm處邊界電子溫度，使每列熱通量積分與實(shí)測(cè)值之差小于設(shè)定閾值。
19、進(jìn)一步地，輸出的三維熱流分布圖為三維彩色云圖形式。
20、進(jìn)一步地，包括基于最大/最小電子密度衰減寬度進(jìn)行多組模擬，以評(píng)估熱流分布對(duì)衰減寬度的敏感性。
21、進(jìn)一步地，所有步驟均在非侵入條件下完成，不干擾等離子體放電。
22、有益效果：
23、1.?本發(fā)明可清晰分辨kw/m2級(jí)低熱流，適用于低參數(shù)、長(zhǎng)脈沖工況；
24、2.?本發(fā)明實(shí)現(xiàn)熱流趨勢(shì)與數(shù)值的雙重閉合，提高診斷精度；
25、3.?本發(fā)明采用非侵入式方法，避免對(duì)等離子體擾動(dòng)；
26、4.?本發(fā)明可推廣至其他托卡馬克裝置；
27、5.?本發(fā)明的微波反射計(jì)作為east的常規(guī)診斷方法，可以長(zhǎng)期使用，數(shù)據(jù)涵蓋全面；
28、6.?本發(fā)明適用于放電平頂段熱負(fù)荷測(cè)量，也可通過(guò)熱力學(xué)仿真擴(kuò)展到熱負(fù)荷隨時(shí)間的演化分析；
29、7.?本發(fā)明可用于限制器結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化、冷卻設(shè)計(jì)驗(yàn)證以及材料熱負(fù)荷容限研究；
30、8.?本發(fā)明通過(guò)測(cè)量反推邊界等離子體參數(shù)，為sol（scrape-off?layer，刮削層）區(qū)域輸運(yùn)建模提供反饋輸入。
1.一種east長(zhǎng)脈沖低參數(shù)放電下限制器熱流測(cè)量方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種east長(zhǎng)脈沖低參數(shù)放電下限制器熱流測(cè)量方法，其特征在于，通過(guò)水冷量熱系統(tǒng)分別測(cè)量限制器各列鎢塊的總熱通量；水冷量熱系統(tǒng)包括east裝置外的穿心銅管上安裝的入口溫度計(jì)、出口溫度計(jì)以及流量計(jì)；水冷量熱系統(tǒng)的入口溫度計(jì)、出口溫度計(jì)的熱電偶測(cè)溫精度為±0.05?℃，數(shù)據(jù)采集精度不低于±0.01?℃，流量測(cè)量精度優(yōu)于5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種east長(zhǎng)脈沖低參數(shù)放電下限制器熱流測(cè)量方法，其特征在于，微波反射計(jì)測(cè)量的頻率范圍為30?ghz至110?ghz。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種east長(zhǎng)脈沖低參數(shù)放電下限制器熱流測(cè)量方法，其特征在于，實(shí)驗(yàn)磁場(chǎng)文件來(lái)源于實(shí)驗(yàn)實(shí)時(shí)磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種east長(zhǎng)脈沖低參數(shù)放電下限制器熱流測(cè)量方法，其特征在于，根據(jù)追蹤結(jié)果計(jì)算第一壁部件三維模型各網(wǎng)格的磁連接長(zhǎng)度，得到磁連通結(jié)果包括：設(shè)定最大磁連接長(zhǎng)度、步長(zhǎng)以及最小磁連接長(zhǎng)度，根據(jù)第一壁部件三維模型的網(wǎng)格劃分，計(jì)算每一塊網(wǎng)格的磁連接長(zhǎng)度，即磁連通結(jié)果。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種east長(zhǎng)脈沖低參數(shù)放電下限制器熱流測(cè)量方法，其特征在于，依據(jù)電子密度衰減寬度確定最大熱流衰減寬度、最小熱流衰減寬度，調(diào)整最大熱流衰減寬度、最小熱流衰減寬度使模擬的熱通量趨勢(shì)與實(shí)測(cè)熱通量數(shù)據(jù)一致包括：在最大熱流衰減寬度、最小熱流衰減寬度范圍內(nèi)，連續(xù)調(diào)整熱流衰減寬度直至趨勢(shì)一致。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種east長(zhǎng)脈沖低參數(shù)放電下限制器熱流測(cè)量方法，其特征在于，繼續(xù)調(diào)整中平面2350?mm處邊界電子溫度，使各列鎢塊熱流積分值與實(shí)測(cè)熱通量數(shù)據(jù)匹配包括：通過(guò)迭代調(diào)整中平面2350?mm處邊界電子溫度，使每列熱通量積分與實(shí)測(cè)值之差小于閾值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種east長(zhǎng)脈沖低參數(shù)放電下限制器熱流測(cè)量方法，其特征在于，輸出的三維熱流分布圖為三維彩色云圖形式。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種east長(zhǎng)脈沖低參數(shù)放電下限制器熱流測(cè)量方法，其特征在于，包括基于最大電子密度衰減寬度、最小電子密度衰減寬度進(jìn)行多組模擬，以評(píng)估熱流分布對(duì)衰減寬度的敏感性。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種east長(zhǎng)脈沖低參數(shù)放電下限制器熱流測(cè)量方法，其特征在于，所有步驟均在非侵入條件下完成，不干擾等離子體放電。