ITER馈线系统CTB盒冷屏多层绝热结构传热性能的实验研究

线圈终端盒(CTB)是保证ITER装置可靠运行的关键部件之一,为磁体系统与低温车间、电源大厅、数据采集系统和低温控制元件提供4.5K的超低温工作环境。线圈终端盒(CTB)内部设有80K冷屏,以吸收室温环境对其内部工作空间带来的辐射热负荷,在杜瓦和冷屏中间,设有30mm的真空多层绝热夹层。首先采用量热法和称重法,对多层绝热试件进行了热性能测试,然后分别与理论分析和CTB原型件系统实验结果进行对比,得出了CTB盒中多层绝热结构的热性能参数,为下一步大规模生产提供了有力的技术支持。     

ITER超导纵场线圈内馈线系统传热分析

ITER超导纵场线圈内馈线系统位于主机杜瓦内,由18个盒体分别悬挂于相应纵场磁体终端,通过连接件组成多边形环。通过对内馈线在整个装置降温收缩过程的分析,采用有限元分析法对内馈线稳态及瞬态温度场进行数值模拟,得到内馈线的热负荷值、温度分布、温度及变形的时间历程曲线,为内馈线冷却方案的确定和降温时间的预测等提供了可靠验证。     

用于超导电抗器的玻璃钢杜瓦概念设计与分析

玻璃钢杜瓦是超导电抗器中的关键部件,为高温超导线圈提供所需的低温工作环境。分析了玻璃钢杜瓦对于超导电抗器的必要性;进行了玻璃钢杜瓦的概念设计,并对玻璃钢杜瓦进行了力学分析及传热分析,结果表明玻璃钢杜瓦的强度和静态低温热负荷满足设计要求。     

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通过求解椭圆积分,计算了EAST极向场系统的磁场分布,从而计算出极向场线圈在等离子体放电过程中的热负荷。并根据磁体运行的热工水力条件估算出极向场线圈在等离子体放电过程中的最高温升。     

CR超导二极磁铁线圈受力分析

介绍了FAIR项目CR超导二极铁的线圈结构。 采用有限元分析方法， 对线圈的电磁力作用进行二维计算分析， 得到了线圈的二维位移变形和应力分布规律， 同时也分析计算了线圈、 线圈盒的三维受力以及位移形变， 为线圈盒和支撑结构的优化设计提供了参考依据。 Coil structure of CR superferric dipole for FAIR is presented in this paper. Finite Element Method(FEM) is used to calculate 2d magnetic force, displacement and stress distribution. 3d magnetic force and displacement of coil and coilcase are also analyzed, which shows that the design is fit for the desire result. Some results will be taken as a reference for further design.     

FAIR项目super-FRS超导磁体结构分析

 国际反质子与离子大科学工程项目中的超导super-FRS磁体包含2个超导线圈,最大磁场为1.6 T,这样大的磁场必然产生很大的电磁力。为了保证磁体运行时的机械稳定性,对项目中的超导super-FRS磁体进行了有限元结构的3维分析。结构分析中采用了ADINA和TOSCA两个有限元软件。ADINA软件主要用于结构中的应力应变计算,而TOSCA软件则主要用于电磁场的磁场强度和电磁力的计算。分析的结果显示super-FRS磁体采用铁芯及线圈盒长边中部加固结构时,其最大形变约0.19 mm,最大有效应力出现在长边中部的很小区域,约为92 MPa。由于线圈盒由316LN不锈钢制成,该结构是合理的。     

CR超导二极磁铁线圈受力分析

采用有限元分析的方法, 以CR超导二极铁为研究对象, 对其进行受力分析, 分别计算线圈所受到的电磁力以及在此力作用下线圈发生的应变, 线圈和相邻部分降温速率不均匀引起的热应力的分布以及线圈发生的应变. 最后利用所得到的数据来校对线圈和线圈盒的强度, 为结构的优化设计提供依据, 并为失超保护提供可参考的数据.     

缺陷条件下高温超导直流线圈稳定性研究

在高温超导带材生产及线圈制作的过程中,会不可避免的存在缺陷。缺陷区域的带材性能退化,表现为临界电流Ic与n值下降;极端情况下超导结构被完全破坏,呈现出非超导的阻性区。线圈工作时在阻性区会出现焦耳热,若热量不能有效地传出,温度会持续上升直到带材烧毁出现失超事故。在假设线圈退化情况的条件下,利用有限元仿真的方法,对不同热环境下带材退化对线圈温度的影响进行了研究,得出了不同热环境与区域退化下线圈的最大稳定工作电流。     

耐高压纳秒脉冲罗氏线圈的研制

针对ns级脉冲电流信号的测量，设计了一种带磁芯的新型自积分式罗氏线圈，具有信噪比高、动态范围广等优点。屏蔽盒开气隙防止涡流。屏蔽盒外层采用聚氨酯进行整体封装，聚氨酯层厚度大于1.5 mm，可耐受大于20 kV的冲击电压。采用高压方波发生器与Pearson4100线圈对罗氏线圈标定。罗氏线圈的参数为:灵敏度0.018 8 V/A，最高上升时间小于20 ns，方波脉宽300 ns，最大峰值电流300 A。     

CR超导二极磁铁线圈受力分析

采用有限元分析的方法,以CR超导二极铁为研究对象,对其进行受力分析,分别计算线圈所受到的电磁力以及在此力作用下线圈发生的应变,线圈和相邻部分降温速率不均匀引起的热应力的分布以及线圈发生的应变.最后利用所得到的数据来校对线圈和线圈盒的强度,为结构的优化设计提供依据,并为失超保护提供可参考的数据.     

实验和数值模拟超导绕组的机械特性

为了减少环氧浸渍的超导磁体的锻炼和退化效应，基于实验和数值模拟研究了在热应力的电磁力的条件下超导绕组的机械特性；研究的基本目的是决定超导复合线圈基本的材料特性，其中复合超导绕组的杨氏模量和热收缩系数是基本的参数，使用这些参数我们可以用有限元方法精确地研究超导磁体的机械特性，通过分析各种超导磁体的设计，判断好的和坏的磁体设计，从而发展新的超导磁体的设计标准，形成超导磁体的设计和建造的基本方法，本中我们将通过实验和FEA模拟研究复合绕组的基本参数和应用特性。     

直接冷却的高温超导磁体热稳定性有限元仿真

制冷机直接冷却超导磁体是一门新兴技术,研究超导磁体在直接冷却下的热稳定性具有重要意义。用有限元方法解决复杂边界问题的热力学问题非常有效,而有限元分析软件ANSYS能使得用有限元法解决问题更加方便。该文用有限元方法对直接冷却高温超导磁体进行了热稳定性数值仿真。仿真结果表明,在设定热负荷作用下,直接冷却的B i2223系高温超导磁体具有较好的热稳定性,磁体温度低于其临界温度。     

FAIR收集环超导二极磁体支撑设计与热负荷分析

为保证FAIR收集环(Collector ring-CR)超导二极磁体工作过程中的磁场位形符合设计要求,同时保证由磁体支撑带来的热负荷小于设计要求,用CATIA软件建立了不同结构的磁体支撑3D模型,并用ANSYS有限元分析软件对建立的模型进行了低温热负荷分析和结构分析。通过比较分析的结果和对磁体支撑结构进行的进一步优化,确定了316LN+G10材料的支撑结构,为收集环超导二极磁体工程制造提供了参考。     

YBCO线圈在低温下的温度仿真分析

近几年,高温超导线材的制造技术已日趋成熟。作为第二代高温超导带材的代表,YBCO在低温下具有的优点使其在超导磁体领域的应用越来越突出。但是在高温超导磁体的运行中会因为受到扰动而失超。为了探讨这个问题,模拟了一个磁体在低温下(20K左右)有加热点扰动时的稳定性情况,即对YBCO线圈在低温下的工作情况进行了模拟仿真。文中根据实验设计的YBCO单饼线圈参数,利用热传导方程和基本电路方程,采用有限元计算方法,模拟出线圈内部的温度分布。分析仿真结果可以为后续实验设计提供参考。     

中国科学院近代物理研究所磁体工程进展概述(英文)

本文着重论述了中国科学院近代物理研究所目前正在研制的三大磁体工程,它们包括重离子治癌工程(HIMM),强流重离子加速器(HIAF)工程,以及加速器驱动次临界系统(ADS)。在HIMM工程中的常规磁体建设中,着重介绍了联合运用钝化槽与活极头两项技术改善磁场品质的设计方法,并且运用Opera-3D设计软件,对该类高场常规磁体进行了数值分析,进一步地测量了该磁体磁场分布情况,相关的测量结果与数值模拟结果吻合良好。而对于正在处于预研阶段的HIAF工程中的快脉冲超导二极磁体,讨论了超导磁体的前期设计与结构优化技术,包括CACC超导线缆的结构设计,80 K冷屏与线圈盒结构的优化,力-磁耦合结构计算方法等。而在嬗变核废料处理的C-ADS注入器II中,核心部件是具有高磁场(高达7～8 T)的多层复合超导螺线管磁体结构,介绍了其在励磁和失超过程中相关磁学和力学多场实验测试工作。这些相关的设计和测量技术将为中国科学院近代物理研究所自主研制的磁体工程的物理和结构设计提供方法和指导。     

Design of a conduction-cooled 4 T superconducting racetrack for a multi-field coupling measurement system

A conduction-cooled superconducting magnet producing a transverse field of 4 T has been designed for a new generation multi-field coupling measurement system,which will be used to study the mechanical behavior of superconducting samples at cryogenic temperatures and intense magnetic fields.A compact cryostat with a two-stage GM cryocooler is designed and manufactured for the superconducting magnet.The magnet is composed of a pair of flat racetrack coils wound by NbTi/Cu superconducting composite wires,a copper and stainless steel combinational former and two Bi_2Sr_2CaCu_2O_v superconducting current leads.The two coils are connected in series and can be powered with a single power supply.In order to support the high stress and attain uniform thermal distribution in the superconducting magnet,a detailed finite element(FE) analysis has been performed.The results indicate that in the operating status the designed magnet system can sufficiently bear the electromagnetic forces and has a uniform temperature distribution.     

轴对称高场超导磁体电磁应力有限元分析方法

核磁共振成像和核磁共振谱仪是高场超导磁体的主要应用领域.高场超导磁体通常具有较高的磁场和运行电流,在运行过程中超导线会产生较高的电磁应力,其临界特性将发生退化,影响磁体的稳定性.开展高场超导磁体的电磁应力精确分析显得尤为必要.本文发展了一种快速有效的有限元分析方法,第一步,为整个超导磁体系统建立平均有限元模型,采用传统的电磁-结构耦合方法求解电磁应力,获得最大应力位置;第二步,对最大应力所在的超导线圈建立详细有限元模型,采用单积分-结构分析方法精确求解每一组分中电磁应力.基于该模型研究了500 MHz NMR超导磁体的电磁应力.该分析方法也可以用于超导磁体冷却过程中的热应力分析.为高场超导磁体设计和建造提供有益的理论依据.     

带有双X型铁心框架的超导MRI磁体的设计

文中对带有双X型铁心框架的MR I用高温和低温超导磁体的设计进行了介绍,包括项目的市场需求、磁体的基本参数和系统热负荷的预设计结果等。     

Induced current of high temperature superconducting loops by combination of exciting coil and thermal switch

With its commercialization, the second-generation (2G) high temperature superconducting (HTS) RE—Ba—Cu—O (REBCO, RE is rare earth) tape is extensively applied to the superconducting magnets in the high magnetic fields. However, unlike low temperature superconducting (LTS) magnets, the HTS magnet cannot operate in the persistent current mode (PCM) due to the immature superconducting soldering technique. In this paper, an exciting method for two HTS sub-loops, so-called charging and load loops, is proposed by flux pump consisting of exciting coil and controllable thermal switch. Two HTS sub-loops are made of an REBCO tape with two slits. An exciting coil with iron core is located in one sub-loop and is supplied with a triangular waveform current so that magnetic field is generated in another sub-loop. The influence of magnetic flux on induced current in load loop is presented and verified in experiment at 77 K. The relationship between the induced magnetic flux density and the current on the sub-loops having been calibrated, magnetic flux density, and induced current are obtained. The results show that the HTS sub-loops can be excited by a coil with thermal switch and the induced current increases with magnetic flux of exciting coil increasing, which is promising for persistent current operation mode of HTS magnets.     

EAST超导托卡马克冷屏结构与受力分析

EAST是一个全超导磁体系统的托卡马克实验装置,超导纵场和极向场磁体工作在4K温区下。在磁 体和其它发热部件之间布置有冷屏系统,以减少作用到所有低温冷质部件上的热载,将其保持在最低水平。该系 统包括真空室冷屏(内冷屏)和外真空杜瓦冷屏(外冷屏)两部分。在分析了冷屏低温运行时所受热应力以及等离 子体破裂时所受电磁载荷的基础上,运用大型有限元分析程序NASTRAN,对其不同载荷状况进行了数值计算,为其 结构设计与优化提供了理论依据。