Iter Global Computational Models for Em Transient Analysis and Design Optimization

Abstract

Анализ переходных электромагнитных процессов является одним из ключевых моментов при разработке и создании Междуна-родного термоядерного экспериментального реактора ИТЭР. Разнообразие режимов работы токамака и источников переменно-го магнитного поля в нём, включая плазму, сложность конструкции и значительная взаимная индуктивная связь основных сис-тем требуют построения глобальных пространственных вычислительных моделей и выполнения тщательных многовариантных оптимизационных расчётов. Работа обобщает пятнадцатилетний опыт построения таких математических моделей в Российской Федерации и решения на их основе практических задач, возникших в процессе проектирования ИТЭР. В силу особой труд-ности решения таких задач и ограниченности вычислительных ресурсов (даже с использованием современной вычислител ь-ной техники) обсуждаются возможные различные варианты построения моделей. Проводятся обоснование выбранных чис-ленных методов и составление результатов, полученных на основе разработанных авторами пакетов прикладных программ и вычислительных методик. Созданное программное обеспечение и вычислительные модели прошли успешное испытание в ходе организованных Международной организацией ИТЭР сопоставительных расчётов, выполненных сторонами -участницами на базе различных программных продуктов и вычислительных моделей.Ключевые слова: ИТЭР, моделирование, магнитное поле, переходные электромагнитные процессы, дифференциальная фор-мулировка, интегральная формулировка, вихревые токи, электромагнитные нагрузки, конечные элементы, магнитные оболочки. To provide adequate predictions and design solutions, efforts have been devoted to development of detailed global models to reflect a combined effect of a variety of field sources, plasma behaviour, inductive coupling of sub-systems and structure response for a range of configurations and operational events. The paper summarizes a fifteen-year experience in such modelling as well as electromagnetic and optimization studies for the ITER Project. Because of the complexity and high computational resources involved, suitability of different models is discussed. Different numerical techniques implemented in dedicated computer codes are compared. Validation of the proposed models has also been accomplished. ITER GLOBAL COMPUTATIONAL MODELS FOR EM. Key words: ITER, simulation, magnetic field, electromagnetic transients, differential approach, integral approach, eddy current, EM load, finite element, magnetic shell. ВВЕДЕНИЕНа всех стадиях проектирования Международного термоядерного экспериментального реактора ИТЭР требовался и проводился достаточно тщательный анализ переходных электромагнитных процес-сов в основных системах установки [1,2,3]. Импульсные режимы работы [3] вызывают появление весь-ма значительных электромагнитных нагрузок и тепловых потерь, что накладывает существенные огра-ничения на конструкцию реактора. Это обусловливает необходимость моделирования вихревых токов, пондеромоторных сил и тепловыделений с учётом высокой степени детализации проводящих конструк-тивных элементов. П...

Adaptation of Fusion Device Computational Technology for Maglev Vehicles Design and Optimization

“…В качестве инструментария для расчётного исследования электромагнитных процессов применялись программные пакеты KLONDIKE [17], TYPHOON [18,19], TORNADO [1,2] и KOMPOT [20,21], верифицированные при проведении комплексных расчётов сложных электрофизических установок, в частности, Международного термоядерного экспериментального реактора ИТЭР [22].…”

“…Детальное описание подходов и разработанного программного обеспечения приведено ранее [1,2]. Система уравнений макроскопического электромагнитного поля в дифференциальной форме связывает векторы напряжённостей электрического E и магнитного H полей, векторы электрической D и магнитной B индукций между собой, а также с объёмной плотностью свободных электрических зарядов ρ и вектором объёмной плотности электрического тока (тока проводимости) j. Из этих уравнений следует уравнение непрерывности j + /t = 0, выражающее закон сохранения количества заряда.…”

“…Удельное сопротивление медной путевой структуры  принято равным 1,810 -8 Омм. В модели комплекса программ TORNADO [1,2] расчётная область представляет собой элемент пути, равный длине магнитного периода L M = 100 мм сборки в направлении движения. В данном случае анализировалось стационарное решение пространственной задачи о растекании индуцированных вихревых токов в элементах проводящей структуры.…”

“…Д.В. Ефремова» разработана вычислительная технология моделирования электромагнитных систем электрофизических установок и оборудования для исследований по проблеме управляемого термоядерного синтеза [1,2]. В работе обсуждается адаптация этой технологии для целей анализа и оптимизации электромагнитных систем транспортных средств, работающих на принципе магнитной левитации, проведено сравнение экспериментальных данных, полученных в Лоуренсовской национальной лаборатории (LLNL) (г. Ливермор, США) с использованием макета электродинамического подвеса такого транспортного средства, с расчётными данными электромагнитных сил.…”