EC UL Engineering Analysis and Stress Assessment del reattore a fusione ITER

SERVIZIO

MERCATO

CLIENTE FUSION FOR ENERGY (F4E) ANNO 201-2019 in corso

Brief

Validare il progetto del Electron Cyclotron Upper Launcher Port Plug del reattore a fusione ITER in preparazione alla Final design review, in accordo ai codici costruttivi nucleari applicabili (RCC-MR), tenendo in considerazione tutte le condizioni di carico associate alla condizioni di normale funzionamento ed agli scenari incidentali e accidentali postulati.

Sfide di progetto

Complessità della geometria della Port Plug e conseguente dei modelli numerici.
Eterogeneità delle condizioni di carico, da considerare singolarmente ed in combinazione, in accordo agli senari di riferimento.
Necessità di simulazioni MultiFisica per l’analisi termo-strutturale della Port-plug sotto l’azione dei carichi termici, meccanici ed elettromagnetici applicabili.
Verifica dell’integrità strutturale della Port Plug mediante l’applicazione di codici di costruzione di equipment per installazioni nucleari.
Supporto continuo alla progettazione della Port Plug, mediante successive iterazioni di analisi.

Soluzione

Sono state sviluppate simulazioni elettromagnetiche transienti volte a calcolare le correnti indotte dagli eventi di disrupzione del plasma e le conseguenti forze di Lorentz agenti sulle strutture metalliche.
Sono state sviluppate di simulazioni fluidodinamiche (CFD) del flusso di refrigerante all’interno del circuito di raffreddamento al fine di valutare le perdite di carico e le distribuzioni di velocità.
Sono state sviluppate simulazioni termo-fluidodinamiche (CFD) al fine di valutare la distribuzione di temperatura dovuta alle sorgenti termiche applicabili: irraggiamento dal plasma, “stray radiation” associato alla funzionalità del EC UL Port plug (iniezione di energia nel plasma) , flusso termico volumetrico da radiazione nucleare, e fluido di raffreddamento. Le analisi termo-fluidodinamiche sono state effettuate considerando il problema accoppiato di scambio termico solido-fluido (Conjugate heat transfer). La turbolenza è stata modellata utilizzando modelli di tipo RANS.
Sono state sviluppate simulazioni numeriche del comportamento strutturale della Port Plug sottoposta a carichi dinamici di natura sismica e dovuti alle instabilità del plasma mediante analisi strutturali statiche e transitorie. Le analisi modali e le analisi strutturali, statiche e dinamiche, sono state effettuate mediante modelli agli elementi finiti (FEM) opportunamente sviluppati e validati.
I risultati delle analisi (distribuzioni di stress e spostamento) sono stati utilizzati al fine di verificare l’integrità strutturale del sistema, mediante le regole definite dai codici di costruzione per equipment nucleari (RCC-MR, ITER-SDC-IC).
Sulla base dei risultati ottenuti dalle analisi e dalle verifiche strutturali sono state proposte specifiche modifiche da apportare al progetto della Port Plug.
CFD: Computational fluid dynamics
FEM: Finite Element Method

Fasi di esecuzione

FASE 1

Creazione del modello numerico per le analisi FEM e CFD: generazione della mesh di calcolo, imposizione delle condizioni di vincolo e delle condizioni di carico.

FASE 2

Esecuzione delle analisi.

FASE 3

Verifica dell’integrità strutturale (stress assessment) mediante l’applicazione delle regole definite dai codici di costruzione.

FASE 4

Proposte di modifica al progetto della Port plug (se necessarie).