CFD Analysis of the first guard unit and the first mirror of a CXRS-core system

Nowadays the research for a clean and renewable source of energy is one of the most important issue for mankind. One of the possible solutions revolves around nuclear energy, especially nuclear fusion. The European Union organization Fusion for Energy (F4E) is responsible for the biggest scientific experiment on the path to fusion energy: The International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). The aim of my work in this thesis is to validate, via a Computational Fluid Dynamics analysis, the mechanical stress analysis made by NIER S.p.A. of the cooling system of the frontal section of the Core Charge eXchange Recombination Spectrometry, a diagnostic system for the fusion reactor. This resulted in a 4-months internship in the company. This project is a preliminary stage, in fact the company’s assignment is to check the efficiency of the cooling system and provide an evaluation and suggestions to improve the geometry by finding flaws. The steps of the process are: defeaturing the geometry given by F4E, generating a good quality mesh from the geometry, simulate the case file and evaluate the results. The tools used for this work are provided by Ansys®. The percentage change of the forced convection heat transfer between the two different analysis is less than 5%, and the two temperature maps are similar, with a maximum temperature difference of less than 20 °C between the two simulations, hence the results of the analysis are coherent with the ones provided by NIER.

Al giorno d'oggi la ricerca di una fonte di energia pulita e rinnovabile è di fondamentale importanza per l'umanità. Una delle possibilità riguarda l'energia nucleare, in particolare la fusione nucleare. L'impresa comune europea Fusion for Energy F4E, si sta occupando dell'esperimento più importante nella ricerca per la fusione nucleare: il Reattore Sperimentale Termonucleare Internazionale (International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER). Lo scopo del mio lavoro con questa tesi è di studiare, attraverso un'analisi di fluidodinamica computazionale, il sistema di raffreddamento della sezione frontale del Core Charge eXchange Recombination Spectrometry, uno strumento di diagnostica per il reattore a fusione, per convalidare l'analisi dello stress meccanico effettuata dalla NIER S.p.A. Il progetto è ancora in uno stadio preliminare, infatti l'obbiettivo dell'azienda è di valutare l'efficienza del sistema di raffreddamento e fornire suggerimenti per il miglioramento della geometria, indicandone eventuali difetti. Gli step del progetto sono: Effettuare il defeaturing della geometria fornita da F4E, generare una mesh analizzabile dalla geometria, effettuare le simulazioni con i file ottenuti e valutarne i risultati. Gli strumenti utilizzati per il lavoro sono stati forniti da Ansys®. I risultati della simulazione effettuata da me e quella effettuata dalla NIER S.p.A., risultano coerenti: la differenza percentuale del trasferimento di calore a convezione forzata tra le due analisi è di meno del 5% e le mappe della temperatura sono simili, con una differenza massima di temperatura tra le due simulazioni di meno di 20°C.