中国散裂中子源靶体研制

中国散裂中子源(CSNS)靶体选用钨为靶材、钽为包覆层,采用包套法结合热等静压扩散焊工艺制备了钽包覆钨靶片。经检测,钨钽界面结合良好,钽层与钨基体平均结合强度大于64.07 MPa。靶体将钨靶片分成厚度不等的11片,散热采用一进一出的并行流结构,利用CFD软件进行了模拟计算,钨靶片间冷却流道间隙为1.2 mm,100 kW满功率运行情况下靶体最高温度为182.3 ℃,冷却水温升为7.1 ℃。经过半年多的试运行,CSNS靶体各参数满足CSNS的要求。     

CSNS退耦合液氢慢化器热流特性研究

超临界液氢的热流特性是影响中国散裂中子源输出中子质量的关键因素,其对于退耦合液氢慢化器的优化设计具有重要意义。针对慢化器内部液氢的三维流动传热问题展开研究,建立相应的物理模型,并依据计算流体力学理论与外耦合方法完成了慢化器热源的施加以及热流场的数值模拟。结果表明：慢化器内部各结构的热沉积分布不均,主要集中于钆板与外部容器;为保证液氢对于慢化器的冷却效果,当入口截面积为394 mm²时流量的最佳范围为60～90 g/s;在临界区域附近,液氢热物性参数比热容的变化导致了湍流传热的恶化。为退耦合液氢慢化器的热设计提供参考。     

纯液态CO2压裂非稳态过程数值模拟

为了解纯液态CO₂压裂初始井底压力和温度随时间的演化规律，对压裂液初期非稳态过程进行了数值模拟。从模拟的结果看：井底液体CO₂在压裂的初期会经历较大的温度和压力变化，液体CO₂会因受热而发生相态的变化和体积的膨胀，最大膨胀幅度达17.2%，而其重位压头的变化则是引起井底液体CO₂压力变化的主要因素。一般在压裂2～5 min后井底温压即可稳定，稳定后的温度和压力以及稳定所需要的时间主要与压裂液排量、井深有关。如果气井太深，低温液体CO₂会在井筒附近地层造成巨大的温度梯度，这有可能会引起井筒周围地层热应力的剧烈上升，从而有利于井筒射孔附近地层的开裂。