利用Ansys模拟为高度可持续的下一代核电站提供能源

2025年，国际热核实验反应堆(ITER)，世界上最大的核聚变反应堆实验美国将开始为期15年的实验，以证明核聚变能源的科学和技术可行性。来自世界各地的工程师合作了几十年，开发了这个现代奇迹，旨在打破核聚变能量的增加。核聚变是为太阳和其他恒星提供动力的能量。

核聚变是理想的能源吗?只是有可能．核聚变产生的排放物或放射性废物很少，但释放的能量是化学反应(如燃烧煤、石油或天然气)的近400万倍，是同等质量的核裂变反应的4倍。但有一个问题:为了产生自给自足的聚变反应，工厂必须将氢同位素加热到1.5亿摄氏度以上，然后形成一种被称为等离子体的带电气体。为了保持这种巨大的热量并可靠地控制这种气体，ITER组织工程师需要创建ITER的电磁(EM)结构设计，依靠Ansys仿真解决方案来降低材料需求和成本。

©ITER组织，iter.org

“Ansys仿真解决方案将继续帮助我们的团队满足这一首创计划所要求的安全性和准确性水平，”ITER组织总干事Bernard Bigot最近表示新闻稿．“对于ITER来说，在工业规模上实现氢聚变需要前所未有的工程精度水平，所以我们的模拟软件高度可靠和高效是非常重要的。Ansys多年来一直为我们提供这种能力，使我们的团队能够安全地突破边界，实现更大的梦想，并交付地球上最大的聚变反应堆。”

展示核聚变的可行性

ITER项目将证明核聚变产生商业电力的可行性。如果它成功了，世界可能很快就能利用几乎无限的清洁能源，它具有传统裂变核电站的许多优点，但更安全。我们可以把它看作清洁能源的“圣杯”，因为它将彻底改变人类生产电力的方式。

再深入一点，ITER将提供一种不依赖于大多数可再生能源(如风能或太阳能)的电力供应，也不产生CO₂．随着世界向交通电气化发展，对电力的需求将急剧增加。在减少碳排放方面做得越多，世界领导人就越容易实现气候目标和减少温室气体排放。

这对能源行业的影响是巨大的，因为核聚变电厂可能会取代所有的燃煤电厂和核电站。

克服ITER的工程挑战

为了在巨大的ITER设备中创建主要部件的机械设计，工程师们需要优化机器的质量和结构，以确保正确使用建筑材料。此外，从EM的角度来看，他们需要确保一切都表现良好，因为等离子体产生的电流会随着时间的推移而波动，在结构中产生显著的EM力。使用Ansys模拟可以帮助ITER工程师可视化电流流动，然后将他们计算出的力转换到结构模型中。例如，他们使用Ansys流利优化各部件的冷却。

Fluent还在建立一套ITER工程师用来确保健壮的系统设计和系统遵守严格的项目和行业安全要求的文件方面发挥了关键作用。此外,Ansys机械在帮助工程师建造保护ITER基地的结构支撑方面发挥着关键作用。

“为了给太阳和恒星提供能量，光原子在非常高的压力和温度下聚变。用ITER在地球上复制这一过程将有助于解决世界的能源需求，然而，工程师们必须克服极其困难的设计挑战，”Ansys首席技术官Prith Banerjee说。“利用Ansys模拟，ITER工程师正在快速建造一个结构合理的核聚变动力反应堆，大幅降低EM结构的材料含量，并大幅降低工厂的开发成本——为我们的星球提供清洁、可持续的能源。”

ITER高度创新的工程团队正在有效地使用Fluent和Mechanical将清洁核能的梦想变成现实。看看工程师们是如何使用Fluent和Mechanical来大幅提高无数行业的产品开发的。