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西南物理研究院建模研究现状

西南物理研究院建模研究现状. 张锦华 SWIP 建模研究小组 核工业西南物理研究院 四川 , 成都 2009.7.26. 内容提要. 1 SWIP 建模研究背景 2 SWIP 建模研究进展 代码开发 HL-2A 装置上的建模研究 HL-2M “ 装置”上的建模研究 3 SWIP 建模研究展望 4 　小结与讨论. 1 SWIP 建模研究背景 (1) 装置简介. HL-2A 、 HL-2M 托卡马克装置. HL-2M. HL-2A:SN, R=1.65 m, a=40 cm, I p =350 kA, B t =2.5 T, t d =2s.

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Presentation Transcript

  1. 西南物理研究院建模研究现状 张锦华 SWIP建模研究小组 核工业西南物理研究院 四川, 成都 2009.7.26

  2. 内容提要 • 1SWIP建模研究背景 • 2SWIP建模研究进展 • 代码开发 • HL-2A装置上的建模研究 • HL-2M “装置”上的建模研究 • 3SWIP建模研究展望 • 4　小结与讨论

  3. 1 SWIP建模研究背景(1)装置简介 HL-2A、HL-2M托卡马克装置 HL-2M HL-2A:SN, R=1.65 m, a=40 cm, Ip=350 kA, Bt=2.5 T, td=2s 设计中：较大拉长比、在角形变，MA级等离子体电流，单零偏滤器位形

  4. 1 SWIP建模研究背景(2)研究任务 • 1　为HL-2A装置引进和开发大型建模研究代码，DIIID,AUG,JET,JT-60U都有相应的代码。 • 2　研究任务－围绕HL-2A、HL-2M开展研究 • HL-2A实验预测和分析 • HL-2M极向场线圈系统物理设计 • HL-2M偏滤器概念设计

  5. 1 SWIP建模研究背景(3)现有条件 • 代码 • 高性能计算系统 64个计算节点每个节点配置2颗Intel EMT64 3.0GHz/2MB至强处理器 EFIT SWEQU:MHD平衡代码SOLPS5.0 (B2-EIRENE)边缘等离子体模拟代码 CRONOSONETWO:等离子体输运代码TSC:托卡马克放电模拟代码 TRIP3D:磁力线跟踪代码 DMHD:电阻(粘滞性) MHD代码 GATO:MHD稳定性分析代码BOUT:边缘湍流代码

  6. 2 SWIP建模研究进展(1)代码开发 CRONOS开发: • 实现EFIT代替EQUINUX • 完成CRONOS接入HL-2A数据库的功能 • 增加实验数据拟合模块 • 增加实验数据有效性确认模块

  7. 2 研究进展(2)HL-2A位形重建 • 用EFIT重建HL-2A平衡位形，磁探针和磁通环数据

  8. 2 研究进展(3)HL-2A位形优化 优化HL-2A位形（EFIT）使偏滤器内外靶板温度更均匀 优化后 优化前

  9. 1.8E19 β N ~ 1.1 2.0E19 β N ~ 1.2 2.5E19 β N ~ 1.35 2 研究进展(4)HL-2A高beta预测 • HL-2A上高beta运行的可行性(TSC) 在较低的磁场下得到较高的等离子体参数 与实验比较

  10. 2 研究进展(5)HL-2A安全因子q分布 • HL-2A分布数据少，且没有MSE测量，由CRONOS提供安全因子q分布，使用CRONOS的分析功能。 Current diffusion equation jni = jBS + jLH+ jNBI + jICRH + jECRH with Y = poloidal flux, V = plasma volume, F = R Bf, rm ~ a

  11. HL-2A shot #8532 loop volt Exp. Sim. HL-2A shot #8532 q profile @300ms,500ms,700ms HL-2A shot #8532 flux swing Exp. Sim. 300ms 500ms 700ms 2 研究进展(6)HL-2A安全因子q分布 托卡马克输运模拟代码CRONOS进展 • 模拟与实验结果符合较好 • 得到安全因子q分布

  12. 2 研究进展(7)HL-2M极向场线圈设计 HL-2M平衡位形设计(EFIT、SWEQU)，垂直不稳定性被动致稳板和主动控制线圈设计 HL-2M极向场线圈电流波形

  13. 2 研究进展(8)HL-2M放电模拟 HL-2M放电放电模拟 (TSC＋EFIT) 等离子体位形的演化——孔栏位形到偏滤器位形 欧姆放电过程及等离子体位形的演变实现预设的放电目标，HL-2M的极向场系统及平衡位形的设计是合理的。

  14. 2 研究进展(8)HL-2M安装误差分析 HL-2M极向场和环向线圈安装误差分析(trip3d,GA) • PF和TF非轴对称产生误差场可能导致锁模现象 • 误场超过锁模阈值导致锁模现象发生 实验定标 非轴对称磁场

  15. 概率95% 概率95% 三模误差为2*10-4 三模误差为2*10-4 2 研究进展(8)HL-2M安装误差分析 • 安装误差： PF线圈平移、倾斜4个自由度 TF线圈的平移、倾斜6个个自由度 PF和TF线圈系统共有132个自由度 结论：三模误差等于锁模阈值的概率达95%。

  16. 2研究进展(9)HL-2M偏滤器抽气口位置,抽速优化 B2-EIRENE Div-2 底部抽口 Sn_version6_down90port Div-1 旁侧抽口 Sn_version6_down45port

  17. 2研究进展(9)HL-2M偏滤器抽气口位置,抽速优化 芯部通过分离面进入SOL总功率为5MW时,将抽气口从旁抽口改为底部抽口,抽速为122.2m3/s,最高热沉积位置从内靶板6.2MW/m2转移到内外靶板非常对称的功率热沉积5MW/m2.

  18. Div-1 Div-2 Div-2_wo_dome Div-2_w_shortdome 2研究进展(9)偏滤器Dome优化与原子排出率

  19. Input parameters Impurities, radiations, ITC Equilibrium solver HELENA Self- consistent coupling Fusion power,a particle dynamics, SPOT Pellet injection, GLAQUELC Sawteeth, ELMs, recon- nections LH wave propag. & absorp., el. distrib. func. DELPHINE+DKE Transport solver tt+Dt (1.5D) MHD stability, MISHKA, CASTOR ICRF wave propagation, resonating ion distrib. function, PION Linear stability, gyrokinetics, KINEZERO NBI deposition & distrib. function, SINBAD Model of plasma for edge+SOL, (SOL-ONE) Simulation output ECRF wave propagation, REMA 3 SWIP建模研究展望(1)代码开发 开发CRONOS的一些模块

  20. 3 SWIP建模研究展望(2)HL-2M内部线圈设计 • RMP线圈设计，控制ELMs（TRIP3D） ELMs suppression：控制ELMs 是ITER和所有未来托卡马克实验的重要问题，各大装置都设计了RMP线圈（在ELMs suppression研究中常常称为Resonant Magnetic Perturbations）的装置都进行了ELMs suppression的模拟或实验研究。

  21. 3 SWIP建模研究展望(3)偏滤器关键技术 09年度ITER国内配套人才基金项目(潘宇东) • 完善偏滤器设计工具：大型数值模拟代码( B2-EIRENE) • 需要完善大型2D流体模型和3D蒙特卡罗中性粒子模拟技术；对ITER的模拟预计值；尝试未来新概念偏滤器等设计方法模拟。 • 关注等离子体放电平衡演变代码发展，其中包括静态的等离子体平衡磁面和动态的等离子体磁面演变。 • 关注托卡马克新线圈设计代码，比如被动板，RMP线圈等被大量集成到偏滤器部件中。 • 关注国内未开展的与ITER运行紧密相关的偏滤器物理课题 • 与ITER常规边缘运行模式相关的H模等离子体下的主体等离子体和边缘等离子体间的相互关系，边缘等离子体的漂移研究，边缘区域杂质的行为和氦灰分布规律研究等课题。

  22. 4 小结与讨论 • 1 引进和开发了几个建模研究的代码，CRONOS、 B2-EIRENE、TSC、TRIP3D • 2利用建模研究代码开展一些研究： • HL-2A平衡位形重建、位形优化及HL-2M极向场线圈物理设计( EFIT) • HL-2M放电模拟研究(TSC) • HL-2M安装误差分析(TRIP3D) • HL-2M偏滤器概念设计(B2-EIRENE) • HL-2A安全因子q分布(CRONOS）

  23. 谢谢大家！

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