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在铜超比优化的基础上,针对管内电缆导体结构设计,提出了数值模拟设计,进行了数值模拟设计,并将数值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。     

准各向同性高电流密度导体弯曲特性研究

提出了一种准各向同性高工程电流密度高温超导导体的有限元模型,利用该有限元模型计算了导体在不同弯曲半径下的应变分布以及临界电流衰减程度,并对导体样品进行了弯曲实验。实验结果和仿真结果基本一致,基于该有限元模型进一步计算了导体的不同参数对弯曲半径的影响。该研究为准各向同性高工程电流密度高温超导导体在聚变磁体领域的应用提供了参考依据。     

损耗对CICC导体设计影响的模拟研究

聚变装置上低温超导磁体的管内电缆导体(Cable-in-Conduit Conductor,CICC)运行在大电流和快速变化磁场环境中,导体的合理设计是其能否稳定运行的关键。由于工程上CICC导体的设计是一个多次尝试和优化的过程,为此提出了基于稳定性和损耗机理的导体设计思想;推导了关于CICC导体结构参数矩阵方程;建立了导体数值仿真的基本设计模型。同时进行了导体的模拟设计,并将仿真设计结构与工程设计情况进行了比较和分析,结果证明二者吻合的较好。     

CRAFT TF导体弯绕成形力学仿真与试验

聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT)是为了探索与建设中国聚变工程试验堆(CFETR)关键技术和原型系统的大科学装置.环向场(Toroidal Field, TF)线圈是CRAFT系统的重要组成部分，旨在研制出用于CFETR环向场原型线圈.本文基于弹塑性力学理论，通过建立TF导体连续弯绕成形有限元分析模型，对TF导体弯曲成形过程进行力学仿真，获得了TF导体在成形过程中的应力、应变和成形力等力学参数，预测了TF线圈绕制过程导体截面变形、回弹、应力和应变情况，并采用TF导体开展了弯曲成形验证试验，为TF线圈的精密绕制和成形设备的工程设计提供了可靠的依据.     

贯通导体及其电路对金属腔体内部电磁场的影响

为研究贯通导体及其负载电路对金属腔体内部电磁场的影响,建立了不同贯通导体端接负载模型,使用电磁仿真软件CST进行仿真,利用GTEM室、矢量网络分析仪、功率放大器、ETS电场探头组建实验测试系统,验证了仿真结果的正确性,揭示了贯通导体及其电路对金属腔体内部电磁场的影响规律。研究结果表明:腔体内部电磁场同时受到贯通导体与腔体谐振的影响,在谐振频点干扰场强取得极大值,屏蔽效能取得极小值甚至为负值。贯通导体端接负载不接地与贯通导体两端开路情形相似,贯通导体端接负载直接接地时内部场显著降低,谐振频点降低,贯通导体端接负载浮点接地时内部场变化规律低频时与开路模型相似,高频时与直接接地模型相似。贯通导体端接负载的电阻值、电容值也会影响腔体的内部场。     

基于高温超导带材的三通道导体载流特性的仿真研究

本文基于三通道扭曲堆叠导体和准各向同性导体, 提出了三通道准各向同性导体. 在有限元仿真软件中使用自洽模型对两种导体进行建模, 分析并对比了两种三通道导体的临界电流、 临界电流各向异性、 工程电流密度与导体半径之间的关系. 仿真结果表明三通道准各向同性导体在背景场条件下具有使用价值, 同时也为提高两种三通道导体工程电流密度提出了建议。     

直流偏置下YBCO单层导体的交流损耗特性研究

在高压直流输电系统中,高温超导直流电缆具有高功率密度特点被广泛使用。然而,电网中的直流以及开关器件和环境产生的交流纹波,都造成交流损耗。由第二代(2G)带材组成的五边形单层导体在交流和直流作用下,进行了交流损耗特性研究。该次实验从电压引线高度,接触位置和频率等不同角度测量分析了五边形单层导体的交流损耗。结果表明,尽管电压引线的接触位置不同,由于五边形单层导体的对称结构,每根带材的交流损耗几乎相同;当总电流大于临界电流时交流损耗取决于频率。此外,对五边形单层导体进行了仿真计算,与实验结果做了比较分析。结果表明,交流损耗实验测试结果与模型仿真结果基本吻合。     

拉伸应变对YBCO涂层导体传输特性的影响

本文通过实验研究了拉伸应变对YBCO涂层导体的临界电流(Ic)、n值和交流损耗的影响(零场,77K),实验结果表明,随着拉伸应变的增大,YBCO涂层导体Ic的变化分为三个阶段,开始缓慢上升,然后缓慢下降,最后快速下降,Ic的上升表明带材中存在残余压缩应变,Ic的衰减是由于应变导致弱连接区域的钉扎势与晶界间临界电流密度同时减小引起的;而n值随应变增加基本上没有变化,说明沿导体长度方向的Ic分布没有变化.由于临界电流密度沿样品宽度方向分布不均匀,实验所得的交流损耗结果与采用Norris模型计算所得的结果不一致,同时,当应变超过不可逆应变、电流接近Ic时,交流损耗快速增加.     

轴向拉伸应变对YBCO涂层导体V-I特性曲线的影响研究

文中实验测试了YBCO涂层导体在77K(液氮)、自场环境、不同轴向拉伸应变情况下的V-I特性曲线,并获得相应的n值。接着,通过对实验数据的拟合建立了一种理论模型,对不同应变下的V-I特性曲线进行了修正,模型修正的结果很好的反映了在实际不同应变情况下的V-I特性曲线变化特征。在此基础上,建立了这种材料n值和应变之间的理论模型,计算结果与实验数据吻合较好。最后,考虑到YBCO涂层导体的n值在材料的弹性区受轴向拉伸应变的影响很小,给出了YBCO涂层导体临界电流与轴向拉伸应变的理论预测模型。通过与实验数据的对比,该理论模型可准确预测任意应变状态下YBCO涂层导体的V-I特性曲线和所对应的n值及其在弹性区的临界电流。     

有限长导体棒的电荷分布的数值模拟

利用有限差分法对有限长导体棒电荷面密度进行了数值模拟.数值模拟结果说明,有限长带电导体棒面电荷分布不仅与导体表面的曲率半径有关,还与导体的总体形状以及导体周围环境中其他导体的分布有关.     

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。     

CICC导体交流损耗数字模拟研究

C ICC超导体是大型低温超导磁体的首选导体,它运行在大电流和磁场快速变化的环境中,磁通进出超导体以及外界磁场的变化会产生交流损耗,而交流损耗对C ICC超导体稳定性运行有很大的影响,这样开展C ICC超导体交流损耗的研究就显得非常重要。因此,文中针对C ICC导体运行条件和几何结构,提出交流损耗数字模拟的想法,并将数字模拟结果与工程计算值进行了比较和分析,二者基本吻合。     

CICC导体数值模拟设计的发展

管内电缆导体(Cable-in-Conduit Conductor,简称CICC)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,CICC导体能否稳定运行受多种因素影响,因而对CICC导体的稳定性以及导体的设计进行数值模拟,来简化工程上CICC导体设计研究的复杂烦琐过程,缩短工作周期。目前,国内外关于CICC数值模拟的程序,由于侧重于解决不同的问题,各有利弊。基于此,文中在系统阐述CICC数值模拟领域内的相关情况后,对它们进行了全新的总结和论述,并给出了导体数值模拟研究的一些可能发展方向。     

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。     

AC losses dependence on a CuNi layer location in NbTi CICC

In the frame of the ITER fusion program, large Cable In Conduit Cables (CICC) made with NbTi superconductors are foreseen for the poloidal field system. These coils are pulsed and so subjected to fast variations in magnetic field. Superconductors have then to be designed in order to reduce AC losses to an acceptable level. A solution could be to insert a copper nickel resistive barrier in the copper stabilizer surrounding the filamentary area of the composite. The purpose of this barrier is to reduce interstrand coupling currents. In order to predict the effect of this barrier on AC losses, a modeling of a 36 strands CICC has been realized. According to this code, the ability of the resistive barrier to reduce coupling currents is dependent on its location. For this study, three CICC with three barrier locations, from the inner to the outer diameter of the copper crown stabilizer, have been produced. AC losses have been measured and compared to our numerical model.     

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介绍了国内首个聚变堆用Nb3Sn超导磁体模型线圈。采用一维数学模型Gandalf对其管内电缆导体(CICC)结构的超导体稳定性进行仿真,得到了CICC稳定性裕度与磁场强度和运行电流之间的关系。这对于磁体的设计和运行都有十分重要的意义。     

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The welding process of the first 1/32 sector in the 1/8 section research and development project of the future fusion engineering test reactor vacuum vessel (VV) was analyzed. In the numerical simulation, the inherent strain method was used to compare and design the welding tools for 1/32 sector. Meanwhile, the trend of welding deformation and the amount of deformation were predicted by the simulation model. The displacements of the control points in the welding process are consistent with the numerical simulation results. The design of the welding tools and the application of the pre-compensation in the welding process are effective in improving manufacturing accuracy of the 1/32 VV sector.     

未来聚变工程实验堆真空室1/32段扇区焊接分析

对未来聚变工程实验堆真空室1/8 段预研计划中第一个1/32 扇区的焊接过程进行了分析。数值模拟采用固有应变法，比较并设计了1/32 段扇区的焊接工装，同时对焊接形变趋势和形变量进行了预测。焊接过程中控制点的偏移反映了1/32 段扇区整体的形变趋势和形变量与数值模拟结果相符合，焊接工装的设计与焊接过程中预补偿的应用有助于提高1/32 段的制造精度。