Thermo-mechanical tests with the first wall mock-up TS1

Wissenschaftlicher Bericht - FZKA 6035
Thermomechanische Versuche mit dem First Wall Mock-up TS1
Ein Ausschnitt (Mock-up) der Ersten Wand vom Design für den Next European Torus (NET) stand als wasser-gekühlte Stahl-Struktur für Experimente zur Verfügung. Weil der Mock-up Vorschädigungen durch eine große Zahl von Thermoelement-Bohrungen aufwies, war er nicht für thermische Ermüdungsexperimente vorgesehen; vielmehr wurde er als prototypische Hintergrundstruktur verwendet für thermomechanische Tests mit Schutzziegeln auf Graphit-Basis und deren Haltevorrichtungen.
In einer ersten Testreihe wurde die Oberfläche des ungeschützten Mock-ups einer thermischen Last ausgesetzt. ... mehrDie Vorhersage einer FE Modellrechnung konnte mit Dehnungen, die auf seiner Rückseite gemessen wurden, in vernünftigem Umfang bestätigt werden.
In einer zweiten Testreihe wurde der Mock-up mit einem strahlungs-gekühlten Ziegel, der nicht in engem thermischen Kontakt mit dem Mock-up stand, geschützt. Die Tests zeigten, daß es sehr wichtig ist, auf angemessen dimensionierte Spalte zu achten, die Unterschiede in der thermischen Ausdehnung und Verbiegung auch während der thermischen Transienten zulassen.
Schließlich wurde der Mock-up mit leitungs-gekühlten Ziegeln, die mit einer Zwischenschicht aus flexiblem Graphit auf den Mock-up gedrückt wurden, geschützt. Die Testergebnisse zeigten, daß der Wärmeübergang an der Kontaktschicht gleichmäßig war und auch nach thermischen Zyklen auf hohem Temperatur-Niveau zuverlässig erhalten blieb.

A First Wall mock-up of the design for the Next European Torus (NET) was available for experiments as a water-cooled steel structure. The mock-up has not been thought to become a thermal fatigue specimen because of its pre-damage by a large number of thermocouple holes. It was rather used as a prototypical background structure for thermomechanical tests of carbon-based protection tiles and their attachment schemes.
In a first series of tests the bare mock-up was thermally loaded by a heat flux to its surface. In this case, the strains measured on its back side verified a corresponding FE model prediction reasonably.
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In a second series the mock-up was protected by a radiatively cooled tile that was not in close thermal contact with the mock-up; these tests revealed the great importance of appropriately sized gaps that allow the full differential expansion and bowing also during thermal transients.
Finally, the mock-up was protected by conductively cooled tiles which, with an intermediate layer of flexible graphite, were pressed to the surface of the mock-up. The heat transfer characteristics of the compliant layer turned out to be uniform and reliable even after thermal cycles at high temperatures.