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。     

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。     

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     

ITER用校正线圈管内电缆导体稳定性分析

管内电缆导体(cable-in-conduit conductor,CICC)是目前为止大型低温超导磁体的首选导体,CICC在超导储能磁体及大型超导核聚变实验装置中的应用具有不可比拟的优越性。CICC的稳定性对其实际应用起着重要影响,因此开展关于CICC稳定性的研究对于推广CICC的应用有着重要的实际意义。利用一维数学模型(Gandalf软件)对ITER校正线圈(CC)CICC的稳定性进行仿真,研究了运行电流、运行磁场和He质量流速率对CICC的稳定性裕度影响;同时,将基于热平衡方程的理论结果和仿真实验结果进行比较,验证了理论的可靠性和软件的实用性。     

管内电缆导体稳定性仿真分析

管内电缆导体(cable-in-conduit conductor,CICC)即铠装电缆导体,是由内冷超导体(ICS)发展演变而来的。随着超导技术的发展,CICC在大型超导核聚变实验装置及超导储能磁体中的应用具有不可比拟的优越性。CICC通常运行在大电流和快变磁场中,它的稳定性对其实际应用起着重要影响,因此对CICC稳定性研究有很大的实际意义。文中基于一维数学模型(Gandalf软件)的基础上,对ITER校正线圈(CC)CICC的稳定性进行仿真,研究了CICC的稳定性裕度与电缆的运行温度、加热长度和质量流速率之间的关系,根据仿真结果,得出了电缆运行温度、加热长度与氦的质量流速率对CICC稳定性裕度的影响,最后把仿真结果与理论分析进行对比,验证了仿真结果的正确性。     

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。     

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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。     

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。     

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.     

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。     

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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。     

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。     

The stability margin on EAST tokamak

The experimental advanced superconducting tokamak (EAST) is the first full superconducting tokamak with a D-shaped cross-sectional plasma presently in operation. Its poloidal coils are relatively far from the plasma due to the necessary thermal isolation from the superconducting magnets, which leads to relatively weaker coupling between plasma and poloidal field. This may cause more di?culties in controlling the vertical instability by using the poloidal coils. The measured growth rates of vertical stability are compared with theoretical calculations, based on a rigid plasma model. Poloidal beta and internal inductance are varied to investigate their effects on the stability margin by changing the values of parameters αn and γn(Howl et al 1992 Phys. Fluids B 4 1724), with plasma shape fixed to be a configuration with k = 1.9 and δ = 0.5. A number of ways of studying the stability margin are investigated. Among them, changing the values of parameters κ and li is shown to be the most effective way to increase the stability margin. Finally, a guideline of stability margin Ms(κ,li,A) to a new discharge scenario showing whether plasmas can be stabilized is also presented in this paper.     

管内电缆导体稳定性理论与实验研究

管内电缆导体 ,又称 CICC,是目前大型低温超导磁体的首选导体。随着超导技术的发展 ,CICC在大型超导核聚变实验装置及超导储能磁体中的应用具有不可比拟的优越性。为降低导体成本而提出了在 CICC中采用的超导股线配以纯铜股线的设计方案 ,开展含纯铜股线 CICC稳定性机理及实验的研究 ,并开发 CICC优化设计软件 ,对 CICC在高科技中的应用意义重大。     

CICC型超导体运行电流的设计

使用超导电性恢复温度模型分析了 CICC型超导体的稳定性与界限电流的关系 ,推导出表明导体运行电流位于下界限电流区域的门限临界电流的表达式 ,给出了 HT- 7U极向场 PF线圈导体的一种设计方案的计算结果。