WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

Моделирование разрядов велось с учетом системы управления, использованной в эксперименте. Возмущения следовали каждые 10 мс на протяжении ( 0,2 сек) всей стадии возбуждения колебаний. Для получения типичного результата от накладываемых возмущений в присутствии внутренних срывов и медленного действие управления формой, циклы возмущений были когерентно усреднены с целью увеличения отношения сигнал – шум. Моделировались разряды № 20333 и № 20334 с SNL (Single Null Lower) диверторными конфигурациями в верхней части вакуумной камеры (z = + 0,23 м) и противоположными знаками возмущения напряжений и подобный им разряд № 22678 с перевернутым равновесием (Х-точка сверху) - SNU (Single Null Upper) диверторной конфигурацией в нижней части камеры (z = - 0,23 м).

Рис. 4. Результаты моделирования трех разрядов в TVC с возмущением тока в G-обмотке. Динамика напряжения VG, тока IG в G-обмотке и вертикального положения z на протяжении одного импульса возмущения. Возмущение тока на краю Jedge нормализуется относительно среднего тока на краю. Конфигурации равновесия для разрядов (№ 20333, № 20334, № 22768) представлены слева направо

Результаты моделирования представлены на Рис. 4. У всех трех разрядов наиболее вероятное возбуждение ELM происходило при движении плазмы в том направлении, в котором увеличивалась плотность тока на краю. На поверхности плазмы индуцируется отрицательное напряжение и, следовательно, отрицательный ток, при движении плазмы в направлении обмотки, создающей X-точку. В разряде № 20333, максимум вероятности наблюдается за фронтом возмущения напряжения. В разрядах № 20334 и № 22768 максимум вероятности имеет место на передней фронте сигнала возмущения. Приемлемое согласие результатов моделирования и эксперимента сделало возможным использовать комплекс для исследования механизмов возбуждения ELM в других установках.

Результаты Главы 2 показывают, что при соответствующей настройке параметров транспортной модели удается достичь приемлемого согласия результатов моделирования и экспериментов, и дает основание к использованию S-блока кода ДИНА при разработке управляемых сценариев проектируемых установок.

Третья глава посвящена разработке сценариев разрядов в плазме токамака КТМ, который создается с целью исследования материалов, предназначенных для токамаков следующего поколения. В токамаке КТМ предполагается достичь удельных тепловых потоков на пластины дивертора, сравнимых с потоками в ИТЭР. Минимизация времени экспозиции для получения запланированных интегральных потоков энергии возможна лишь при увеличении длительности разрядов в условиях ограниченного запаса полоидального потока центрального соленоида (ЦС). Полоидальная система установки включает односекционный ЦС, шесть полоидальных магнитных катушек управления и пару «быстрых» обмоток управления по вертикали. Все обмотки имеют независимые источники питания.

Методика создания сценариев разряда в КТМ использует итерационную процедуру нахождения программных значений (уставок) для управляемых параметров путем проведения моделирования на каждом интервале с последующей коррекцией уставок при. В сценарии с чисто омическим нагревом плазмы планируется провести отладку работы систем управления токамака, систем поддержания равновесия плазменного шнура обратными связями.

Базовый индуктивный сценарий с током плазмы Ip=0,75 МА разрабатывался с учетом стадии пробоя и формирования плазменного шнура, используя в качестве начальных данных результаты, полученные при моделировании начальной стадии ввода тока плазмы кодом TRANSMAK. На Рис. 5, 6 показаны уставки, расчетные данные управляемых параметров и соответствующих управляющих токов в процессе моделирования разряда.

Рис. 5. Программные (*) и расчетные (-) координаты магнитной оси Rmag, Zmag и токи управления положением магнитной оси IPF3 и IHFC

При моделировании использовалась модель переноса со скейлингом Т-11 для электронов и неоклассикой для ионов (T-11&nc). Разработанный сценарий позволяет обеспечить поддержание тока и формы плазмы, отрабатывая программные токи в обмотках управления и управляя током плазмы и положением магнитной оси с обратной связью. Управляющие токи, полученные при моделировании разряда, близки к соответствующим программным значениям. Конфигурация плазмы на момент окончания стационарной стадии развития разряда представлена на Рис. 7. Резистивные потери полоидального потока связаны с электронной температурой плазмы, поэтому было предпринято изучение влияние транспортных моделей на параметры индуктивного сценария разряда.

Рис. 6. Программные (*) и расчетные (-) токи плазмы Ip и индуктора ICS

Моделирование проводилось для транспортных модулей с использованием нео-алкаторного (NA) скейлинга для электронов и неоклассики для ионов (NA&nc), NA-скейлинга по электронам и ионам (NA&NA), полуэмпирической бомовской/гиробомовской модели (Bohm&gyro-Bohm), транспортных моделей МММ 5.10 и МММ95. Длительность разрядов в индуктивном сценарии для транспортных моделей (T-11&nc), (NA&nc) и (NA&NA) составила 1 сек, примерно такой она оказалась в сценарии с моделью переноса (МММ95). Наименьшую продолжительность разряда 0,83 сек показали расчеты с моделями (Bohm&gyroBohm) и (МММ 5.10). Оценка расхода полоидального потока на стадии подъема тока, определяется индуктивными и резистивными потерями.

Рис. 7. Конфигурация плазмы в момент t=1сек. На левом верхнем графике представлен профиль плотности плазменного тока jp по радиусу шнура

Внешняя и внутренняя индуктивности шнура определяются согласно формулам:

,

,

где.

При значении коэффициента CEjima= 0,4 индуктивные и резистивные потери составляют 0,83 Вб и 0,34 Вб соответственно. Результаты моделирования дают ind=0,74 Вб res=0,39 Вб, при этом обмотки управления формой обеспечивают расход 0,28 Вб. На стационарную стадию остается не более 0,58 Вб запаса полоидального потока ЦС, и ее длительность 0,6 сек. Расход полоидального потока определяется как резистивными потерями, так и долей бутстреп-тока. Значения входящих в формулу Cbs и полоидальной беты p определяются согласно формулам:

и,

где и.

В омическом разряде числитель в формуле определения t можно заменить выражением, где. Для сценария с моделью переноса (T-11&nc) доля бутстреп-тока составляет 0,09. Основные параметры плазмы для разных транспортных моделей в сценариях с омическим нагревом плазмы представлены в Табл. 1.

Таблица 1. Параметры плазмы при индуктивном поддержании тока

T-11&nc

NA&nc

NA&NA

B&gyroB

МММ5.10

МММ95

Te, eV

340

384

328

278

278

310

E, ms

67

87

64

46

48

58

Ures, V

1,06

0,92

1,09

1,32

1,32

1,17

fbs

0,10

0,12

0,10

0,08

0,08

0,09

POhm,MW

0,79

0,69

0,82

0,98

0,98

0,87

Начальная фаза сценария базового разряда с ВЧ - нагревом плазмы в диапазоне частот ионно-циклотронного резонанса (ИЦР-нагрев), вплоть до включения ВЧ – мощности, аналогична соответствующей стадии сценария с индуктивным поддержанием тока. Моделирование базового сценария разряда с ВЧ - нагревом плазмы в диапазоне частот ионно-циклотронного резонанса проводилось для модели переноса с использованием скейлинга IPB98(2,y) при различных значениях фактора улучшения удержания HH. Расчеты выполнялись для параболического профиля плотности плазмы с пьедесталом, равным 0,9. Предполагается, что мощность ИЦР - излучения PICRH, равная 5,0 МВт, поглощается в равных долях ионами и электронами вблизи магнитной оси на ширине а/2. В базовом сценарии с ИЦР-нагревом при HH=1,3 длительность стационарной стадии разряда превышает 4 сек. Допустимость использования скейлинга IPB98(2,y) в установках с аспектом A=2 требует экспериментального подтверждения. Изучение влияния моделей переноса на параметры плазмы в сценарии с ИЦР- нагревом направлено на решение этой проблемы. Перенос рассчитывался с использованием модели переноса со скейлингом Т-11 для электронов и неоклассики для ионов, полуэмпирической бомовской/гиробомовской модели, транспортных моделей МММ 5.10 и МММ95. Основные параметры плазмы, полученные для разных транспортных моделей в сценарии с ИЦР – нагревом плазмы, представлены в Табл. 2.

Таблица 2. Параметры плазмы для разряда с ИЦР нагревом

IPB(98,y)&HH=1.3

T-11&nc

B&gyroB

МММ5.10

МММ95

Te, eV

1321

1173

878

876

1137

E, ms

34

33

31

27

31

Ures, V

0,15

0,18

0,26

0,29

0,20

fBS

0,33

0,32

0,38

0,31

0,33

tsc, s

4,63

4,47

3,31

2,90

3,10

E/E,IPB98(y,2)

1,33

1,29

1,19

1,05

1,21

Для разряда c ИЦР-нагревом плазмы числитель в формуле определения t можно заменить выражением. Оценка доли бутстреп-тока в разряде с моделью переноса (IPB(98,y)&HH=1.3) дает 0,33, что близко к расчетной. В сценариях разряда с ИЦР нагревом для транспортных моделей (IPB98(2,y)&HH=1,3) и (T-11&nc) длительность разряда 4,5 сек, а моделей (Bohm&gyroBohm), (МММ 5.10) и (МММ95) длительность 3 сек. У всех использованных моделей время удержания выше его значения по скейлингу IPB98(2,y).

Разработанные сценарии разряда использовались при тестировании системы магнитного управления плазмой в токамаке КТМ, которая в контуре с обратной связью должна обеспечить выполнение программного сценария разряда. Как видно на Рис. 8, структура системы управления током, положением и формой плазмы КТМ, разработанной в НИИЭФА (А.А. Кавин), строится по двухконтурной схеме, принятой для ИТЭР. Отдельно выделен «быстрый» контур управления для стабилизации скорости вертикального смещения плазмы относительно нулевого значения и контур «медленного» управления током и формой плазмы. Признано целесообразным использование разных регуляторов для управления током и формой плазмы для лимитерной и диверторных конфигураций. Моделирование выполнялось в системе MATLAB-Simulink с использованием комплекса «компьютерного токамака».

Рис. 8. Схема управления плазмой КТМ. Вектор g содержит параметры формы плазмы

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»