基于能量裕度和温度裕度CICC导体数字模拟设计

CICC(Cable-in-Conduit Conductor)超导体是大型低温超导磁体的首选导体,在大电流和快速变化磁场环境中以及给定稳定性裕度、温度裕度、空隙率等条件下,开展CICC超导体结构的优化设计及稳定性分析是非常重要的。因此,文中针对CICC导体设计问题,提出数字模拟设计的想法;推导了关于CICC导体结构矩阵参数的算法;建立了导体数字模拟的模型;同时将数字模拟设计情况与工程设计值进行了比较和分析,结果二者基本吻合。     

CFETR PF 导体设计及稳定性分析

中国聚变工程试验堆(CFETR) 是一种新型的超导托卡马克装置, 极向场线圈(PF) 在控制等离子体位行中起着关键作用. CFETR PF 线圈导体由 Nb3Sn CICC 和 NbTi CICC 导体组成. 为了确保 PF 线圈的稳定运行, 本文采用1-D Gandalf 对不同机械扰动和电磁扰动下 PF 导体的稳定性裕度, 最小失超能量及温度裕度的进行了分析. 分析结果表明 CFETR PF 导体目前的设计能够充分满足安全裕度的要求     

EAST新超导母线稳定性分析

EAST装置超导母线电流传输线的核心部件是13对Nb Ti材料CICCs,其作用是连接超导磁体系统和高温超导电流引线,为磁体系统的运行提供馈电通道和失超状态下能量的释放通道。超导母线的稳定性直接影响了电流传输线运行的可靠性,同时还关系到超导磁体系统的安全性,需要对其进行严谨的研究。为了研究EAST新超导母线的稳定性,分别利用数学模型和GANDALF程序对超导母线的温度裕度和能量裕度进行了计算分析。计算结果表明由于超导母线的背景磁场很小,因此其稳定性要远高于超导磁体线圈的。该文的结果将为EAST新超导母线的运行提供参考。     

CFETR中心螺管模型线圈稳定性分析

中国聚变工程试验堆(CFETR)中心螺管模型线圈,内部磁体为Nb3Sn线圈,外部磁体为Nb Ti线圈。模型线圈最高磁场可以达到12.0T。针对提出的内部线圈方案,借助一维失超分析软件Gandalf,对Nb3Sn线圈的温度裕度、稳定裕度做了计算。在49k A,12T运行条件下,温度裕度为1.9K,稳定性裕度421.2m J/cm3~426.6m J/cm3。结果表明,温度裕度和稳定性裕度均不低于ITER导体设计要求。     

周期载荷下Nb3Sn温度裕度及变形研究

国际热核聚变反应堆ITER和国内聚变工程实验堆CFETR装置上的CICC运行于复杂的电磁环境中,为应对12 T及更高电磁场的影响,其上的中心螺线和环向磁体已采用Nb_3Sn超导材料,作为A15型的Nb_3Sn材料对应变变化较敏感。而应变下温度裕度和变形等是影响低温(4.2/4.5 K)下超导体稳定运行的重要参数,为获得真实运行情况下磁场与电流产生的电动力所导致的周期应变对温度裕度等的作用,本文采用周期电磁载荷来模拟应变作用,利用温度裕度与刚度的数学计算方法,对Nb_3Sn超导体的温度裕度和变形进行测试对比分析。结果显示分流温度和温度裕度随载荷周期增加而减小,其中分流温度在1～1 000载荷周期快速变小,温度裕度在2 000～3 000载荷周期急剧减小;同时载荷周期导致股线刚度减小和股线变形增加。由此可见,载荷周期产生的应变导致Nb_3Sn性能退化降级。     

CICC稳定性裕度设计法和HT-7U导体方案

HT－7U装置的超导环向场与极向场磁体将采用导线管多级绞缆导体（CICC）。对于大型超导磁体,稳定性是导体设计中最重要的指标之一,优化铜超比是确保稳定性和获得最大电流密度的关键。根据稳定性裕度原则,给出了CICC稳定性裕度设计法,提出了HT－7U新的导体方案。     

环形腔处理机匣对低速风扇性能和失速裕度的影响

本文从实验角度探讨一种新型带有环形腔的槽式处理机匣对风扇性能和失速裕度的影响。结果表明:处理机匣的槽向和槽与转子轴向重合度是影响风扇性能的两个主要参数,应用于本实验的低速风扇中,圆弧槽槽向与转子叶型方向相错,槽与转子轴向重合度为1/3的环形腔处理机匣对风扇失速裕度有明显提高,但效率略有下降。同时随环形腔腔体体积增大风扇裕度有明显振荡变化,进一步的规律值得深入探讨。     

非定常机匣处理扩稳实验研究

针对一种非定常处理机匣,在轴流风扇实验台上开展偏流吹气扩稳实验研究.主要包括t改善风扇稳定裕度的稳态特性;影响失速先兆波产生及发展的动态分析.结果表明:非定常机匣处理能够在不同工作转速下对风扇稳定裕度有显著效果,效率没有明显改变.偏流吹气可以进一步改善风扇稳定裕度,但同时也会带来一定的效率损失.动态分析证实处理机匣没有阻止失速先兆波的出现.而是有效地抑制了其非线性发展.     

用修改的Gandalf软件对HT-7U装置TF和PF线圈的稳定性分析

HT-7U是一个先进的等离子体稳态托卡马克装置.它的环向磁场(TF)和极向磁场(PF)系统,均采用超导磁体,所有超导磁体均由CICC导体制成.为了获得PF和TF磁体运行的的安全裕度,需要对这些超导线圈进行严谨的热工水力特性分析,研究超导磁体在正常运行条件下所能承受的最大扰动.稳定裕度的分析充分考虑了多种不同的扰动.本文的分析均基于修改的Gandalf程序,即考虑超导CICC磁体系统之间(匝间、层间、不同的冷却通道之间)的热耦合,研究了HT-7U超导托卡马克系统的TF和PF超导线圈在不同运行条件下的稳定裕度和失超传播特性.这些分析将为HT-7U超导磁体系统的运行提供参考.     

CICC超导体数字模拟设计

CICC超导体是大型低温超导磁体的首选导体,在大电流和快速变化磁场环境以及给定稳定性裕度等条件下,开展CICC超导体结构的优化设计及稳定性分析的研究就显得非常重要。因此文中针对CICC导体设计,提出数字模拟设计的想法,并将数字模拟设计结果与工程设计值进行了比较和分析,二者基本吻合。     

被动控制装置改进轴流风机失速余度的实验研究

1前言近年来，使用被动控制装置改进风机的失速特性一直引起风机设计和研究人员的重视。例如：在转子前加装可调进口导叶，在转子叶尖区吹气和放气，机匣处理装置（轴向、斜向和周向开缝）等来抑制风机失速的技术已被实际应用。但这些装置仍然存在着一些缺点。例如：降低了风机的最高效率尚2％－4％），改进失速余度的范围小，大约只有20％的流量失速金度的改进．以及装置本身结构复杂，增加了造价。因而一种被称为空气分流器的被动控制技术，首先由NBAHOB；C．K申请了专利川。由于空气分流器在控制轴流风机失速有很好的效果，因而许多…     

An analysis of the Circumferential Grooves Casing Treatment for transonic compressor flow

The stall mechanism of the NASA Rotor 37 is investigated through the analysis of the critical flow structures near the stall under the transonic condition. The performance of the rotor with Circumferential Grooves Casing Treatment (CGCT) is also studied based on the Reynolds-Averaging Navier-Stokes approach. The study finds that stall margin improvement can be achieved without significant penalty on the efficiency for the two CGCT configurations applied. The effects of circumferential grooves on the critica...     

拓展小尺寸离心压气机级失速裕度机匣处理方案的数值研究

为提高一小尺寸离心压气机级的失速裕度,首先为其设计了进气回流和周向槽两种机匣处理方案,对实壁机匣和处理机匣压气机级总体性能的分析表明;进气回流并没有起到拓展压气机级失速裕度的效果,周向槽机匣处理对压气机级失速裕度的改进量也只有约2.41%。因此考虑了一种新的机匣处理方案,即同时采用进气回流和周向槽机匣处理。计算结果表明:压气机级失速裕度得到了明显的提高,提高幅度达13.25%。     

超高压比离心压气机失速机理探究

喘振和旋转失速代表着通过压气机有序流动的崩溃,是对所有类型压气机性能的固有限制.本文以超高压比离心压气机为研究对象,通过全环数值模拟捕捉失速起始至发展为稳定旋转失速的动态过程.研究发现:在此超高压比离心压气机内,径向扩压器进口为超音速来流并在喉部形成强烈的激波,节流过程中气流攻角逐渐增大,造成了严重的激波附面层分离现象...     

低速轴流压气机顶部微量喷气控制失速机理的数值模拟

对低速轴流压气机的转子顶部进行微量喷气已经证明可以有效的抑制旋转失速,但通过实验研究其机理比较困难。本文对该低速轴流压气机的转子顶部进行微量喷气的失速起始过程进行了数值模拟,通过非定常流场和失速起始过程同未加喷气的情况进行比较,分析了微量喷气控制失速起始的机理。计算得到的特性线和失速点流量同实验较好吻合。     

掠效应对高负荷跨音转子性能的影响

本文对一高负荷跨音转子采用掠技术进行了改型设计,并通过数值模拟对原型以及前、后掠转子分别进行了流场分析。结果发现掠叶片效率和压比与原型叶片相差不大,但是前掠叶型的失速裕度得到了大幅提高。同时前掠叶型的堵塞流量比原始叶型增大,而后掠叶型却明显减小。叶片采用掠之后一方面前缘位置变化所引起的径向压力输运改变了入口来流条件,另一方面气动掠还直接影响到了叶片吸力面附面层内低能流体的径向输运以及在叶尖区域的集聚,从而使流场内部的激波强度及相对位置明显变化,并最终导致叶片不同叶高载荷分布规律的改变。     

风扇/压气机数值稳定性模型

本文给出了一种用于预测轴流压气机旋转失速发生的数值稳定性模型,并描述了模型的理论基础以及求解模型方程的方法。模型的建立基于线性稳定性理论的基础之上,通过特征值的虚部来判断系统的稳定性。一种全局性方法被用于求解离散系统的所有特征值。离散的方法包括二阶精度的有限差分方法以及切比雪夫谱配置的方法。计算结果表明,用这两种方法均可以得到准确的特征值,但是收敛的速度有所不同。另外,将文中的分析与实验进行了比较,结果表明实验中的失速点可以用这种模型进行合理的预测。     

基于前失速先兆检测机理的叶顶喷气扩稳实验研究

拓宽轴流压气机稳定工作裕度及探索其流动失稳控制途径一直是内部流动研究的焦点。本文从前失速先兆检测机理入手,对前失速先兆与叶顶间隙泄漏流非定常性进行了关联性研究,发现了前失速先兆与叶顶间隙泄漏流非定常性有一定的关联性。在认识这类关联性的基础上,提出了基于前失速先兆捕捉的失稳控制途径,并结合DSP控制器构建扩稳控制方案,在低速轴流压气机上进行了实验验证。实验结果表明:采用叶顶喷气扩稳控制措施后,简化了原来复杂的控制机构,并为控制措施的实施预留了反馈控制时间,与原来的定常喷气控制措施相比有变工况自适应的优势。