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EAST中性束注入器束中性化区气流模拟分析
摘要
本论文基于EAST核聚变装置的研究，研究了中性束注入器的束中性化区气流情况，通过数值模拟分析，得出了气流速度、压力分布和流线状况等参数，为今后更好地研究核聚变反应提供了基础数据和重要参考。
本文利用Fluent软件对东方神光托卡马克装置（EAST）中性束注入器束中性化区的气体流动进行数值模拟，分析了气流速度、压力分布、流线状况等参数，探讨了气流对注入器性能的影响，总结了调控方法，为其优化提出建议。
关键词：EAST核聚变装置，中性束注入器，束中性化区，气流模拟，调控方法
引言
随着科学技术的不断发展，核聚变技术作为实现清洁能源的可行途径逐渐引起人们的广泛关注。而EAST核聚变装置作为我国最重要的核聚变研究设施，其正常运行和装置稳定性能直接关系到核聚变反应的成功验证以及清洁能源的实现。其中，中性束注入器（NBI）是一项十分重要的技术。NBI作为注入装置，负责向等离子体中注入高速中性氢离子束，提高等离子体的温度和密度，从而促进等离子体产生核聚变反应。
而NBI中的束中性化区即指中性束从NBI出口到等离子体表面途中的中性区域，在此区域气流速度、压力的分布对NBI注入性能有着至关重要的影响。因此，本文在了解了EAST核聚变装置底层结构和相关技术的基础上，对NBI注入器的束中性化区气流情况进行模拟研究。
方法
在本研究中，为了更好地模拟NBI和等离子体接触过程中的气流，我们建立了一个三维模型，并选择神经网络网格技术和SIMPLE算法求解气流场的速度和压力分布，并对流体流线进行可视化展示。
模拟前，首先要确定模型的边界实验条件，包括进出口口径大小、高压给水速率以及设定正常工作压力下的等离子体与NBI的距离。模型数据分析及求解程序均基于Fluent软件开展，运用基础流体力学算法对模型进行系统求解，并求出分析得出的数据。最后，本文对气流数据进行可视化展示，辅助研究人员从视觉上掌握气流状况，从而提出进一步的优化方法和建议。
结果与讨论
通过对气流速度、压力分布和流线状况的模拟，本文得出了EAST核聚变装置中性束注入器束中性化区的相关参数数据。受几何形状和实验条件的影响，模拟结果显示在注入器出口附近和离等离子体表面近处，气流的速度分布较大，且压力分布呈不规则分布状况。而接近等离子体表面处，气流速度逐渐降低，呈现稳定分布状态。
经过对模拟结果的进一步分析，本论文总结了以下一些调控方法：
-增加注入器口径，使其在实验条件下的产生的气流速度和压力分布更为均匀，使NBI对等离子体注入效果更为稳定；
-增设适量分流口，在干扰气流流体摩擦力的同时，为NBI提供更稳定的中性区，从而减小注入器的阻力。
结论
本研究通过数值模拟对EAST核聚变装置中性束注入器束中性化区气流情况进行了研究，得出了气流速度、压力分布和流线状况等参数，探讨了气流对注入器性能的影响，并提出一些优化建议。
此研究为今后更好地优化NBI注入器性能，提高核聚变反应效率提供了基础数据和重要参考。