倪陈宵，胡 珀，程 旭

（上海交通大学 核科学与工程学院，上海 200240）

随着国际热核实验反应堆（ITER）进入工程建设实施阶段，作为ITER下一步目标，聚变示范堆（DEMO）的设计研究也受到了国内外研究机构的重视。作为DEMO的重要组成部分，包层是聚变堆中的关键能量转换部件。中国在聚变堆概念研究上发展迅速，目前已提出两个考虑了技术可行性和技术先进性的聚变发电DEMO初步概念，正在发展的DEMO包层概念设计主要有DLL／SLL（双冷却剂液态金属包层／单冷却剂液态金属包层）和氦冷球床固态增殖包层两种［1］。

日本研究机构根据自身的聚变发展路线，选取了超临界水冷固态增殖包层为主要候选包层，确立日本原子能研究所（JAERI）为近期发展固态增殖包层的核心研究机构。根据JAERI的DEMO水冷包层结构与系统设计［2］，包层第一壁结构材料中的温度和应力能满足设计要求。鉴于DEMO仍处于概念研究阶段，同时出于增大安全裕量的考虑，能否通过改变第一壁结构以降低其结构材料中的最高温度和最大应力是本文的研究重点。

本文针对JAERI的DEMO水冷包层第一壁结构，利用CFX和ANSYS Workbench中的SIMULATION模块进行单向流固耦合［3］分析。

1 单向流固耦合原理

流固耦合（FSI）分析是多物理场分析的一种，考虑了流体域和固体域之间的相互影响。本文中的流固耦合分析使用CFX作为计算流体力学（CFD）分析程序，使用 ANSYS Workbench中的SIMULATION模块作为计算结构力学（CSM）分析程序。两个程序之间的载荷传递在流固交界面上进行。

本文采用单向流固耦合的方法，即载荷从CFD计算向CSM计算做单向的传递。……