核聚变反应堆中氦冷球床增殖包层的热力学性能研究

固态增殖包层是未来氘氚聚变反应堆的核心部件，需要在严苛热、力学工况下完成增殖、排热与辐射屏蔽。欧洲DEMO项目采用的氦冷固态球床（HCPB）方案，在EUROFER钢结构内填充锂陶瓷增殖球。

运行过程中，热-力学载荷会造成增殖球破碎并产生粉尘；粉尘会随吹扫气体从球床进入提取系统并在过滤器堆积，带来安全隐患，因此必须评估球床内颗粒破碎量与粉尘迁出量。

本报告将介绍一套用于研究该问题的颗粒尺度多物理场仿真框架，核心为离散元法（DEM）。研究基于LIGGGHTS建立热-力学DEM模型，分析温度、填充率、球粒径分布对球床内部应力演化的影响；

并引入基于能量准则的颗粒失效模型，预测不同设计参数下球体破碎程度与系统应力分布，借助均质化方法将离散接触力转化为连续宏观应力。报告还将介绍基于OpenFOAM与LIGGGHTS耦合的CFD-DEM仿真对粉尘输运的研究，讨论粉尘粒径对颗粒运动轨迹与堵塞概率的影响。

结合颗粒破碎与粉尘输运分析，对评估HCPB增殖包层的安全性以及在未来聚变堆中的工程可行性至关重要。

达里奥・帕萨菲乌姆是工程师，主要从事核领域计算建模与多物理场仿真研究。他在比萨大学取得能源工程学士、核工程硕士学位。他现任卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）博士研究员，导师为马克・卡姆拉教授。

在欧洲聚变联盟（EUROfusion）项目中，他运用离散元法、有限元法及CFD–DEM耦合仿真，研究欧洲DEMO氦冷球床方案，聚焦聚变增殖包层内陶瓷球床的热力学特性。他曾赴悉尼大学合作开发离散模型。读博前，他在KIT利用SIMMER‑III安全程序研究先进核反应堆严重事故。