CFETR杜瓦冷屏初步设计与热分析

选择304LN 不锈钢作为冷屏的制作材料,将杜瓦冷屏分为16 个扇区,每个扇区由20 个子部分组成,在每一个子部分上布置相应的冷却管。选择液氦作为冷却剂。为检验杜瓦冷屏结构是否符合设计要求,分析了杜瓦冷屏的传热方式以及冷却原理,利用FLUENT 软件对设计的冷屏结构进行了热分析,得到了杜瓦冷屏面板的温度分布情况以及冷却管道进出口压力差。结果表明,杜瓦冷屏面板温度和冷却管道进出口压力差在合理范围内,验证了冷却管道布局的合理性,为后续杜瓦冷屏的设计提供了重要参考。     

μ子源超导俘获线圈测试杜瓦设计与校核

根据高μ子源超导俘获线圈整体测试系统的要求,设计了μ子源超导俘获线圈测试杜瓦系统.包含液氦杜瓦、真空杜瓦及绝热冷屏,采用Solidworks软件对测试杜瓦系统进行3D建模.通过对绝热冷屏统进行了详细的传热学计算,绝热冷屏的可以满足μ子源超导俘获线圈测试过程的漏热需求;根据μ子源超导俘获线圈测试实际工况,对真空杜瓦和液氦杜瓦进行了Ansys有限元软件分析与校核,得到杜瓦详细的应力及变形结果,分析表明,测试杜瓦的设计较为合理,可以作为工程设计的理论计算依据     

零蒸发率超导磁体系统氦液化冷凝器的设计

零蒸发超导磁体系统利用制冷机作为冷源,常温氦气经预冷后直接液化为液氦。同时零蒸发超导磁体系统将冷却系统蒸发的饱和氦气或低温氦气冷凝再液化。整个试验过程无需加注液氦和补充液氦,实现液氦零损耗。其中氦气液化冷凝器是低温磁体杜瓦部分的核心部件,它的设计成败将直接影响系统能否实现液氦的零蒸发与零消耗。     

制冷机冷却型超导磁体杜瓦的研制

介绍了带制冷机冷却的超导磁体系统杜瓦的设计、制作及实验结果分析。杜瓦采用 4 0 K、10 K双制冷屏结构 ,其室温磁场孔径为 75 mm,长 4 15 m m。试验结果为 :液氦蒸发率为 0 .6 9升 /天 (在 2 0天连续试验期内 ) ,优于合同规定的指标 (2 .4升 /天 )。双制冷屏由一台双级 G- M制冷机冷却 ,工作时一级冷屏温度为 35 K,二级冷屏温度为 7.0 K。磁体系统的磁场强度为 3T,满足了用户的使用要求     

超导涡流制动装置液氦容器设计及分析

液氦容器是浸泡式超导涡流制动装置稳定运行不可或缺的部件, 其漏热损耗和结构强度关系着内部超导磁体能否安全稳定的工作. 针对超导涡流制动装置的液氦容器的各类漏热进行了分析计算, 详细讨论了超导线圈励磁过程中对不同壁厚的液氦容器产生的涡流损耗, 并采用 Ansys 有限元分析软件对不同壁厚液氦容器的强度进行了计算, 结合漏热及强度计算结果获得了最优的液氦容器壁厚参数. 结果表明4 mm 壁厚下的液氦容器总漏热在励磁速度为90 A/s 时可达1 .87 W, 液氦容器在各类综合力作用下的最大应力为393 MPa, 最大变形为2.2 mm,可满足所选材料的漏热及强度需求, 为超导涡流制动器装置总体设计提供了有力保证.     

EAST托卡马克装置外冷屏的热负荷分析

外真空杜瓦冷屏 (简称外冷屏 )是 EAST超导托卡马克核聚变装置的重要部件之一 ,它在处于室温下的外真空杜瓦与运行在 4 .5 K温度下的超导线圈之间形成了一道隔热的屏障 ,以保证装置能够稳定高效的运行。文中运用有限元分析软件 ANSYS对外冷屏封头、中筒、底座的传热情况做了计算与分析 ,以得到在氦气入口处压强为 5 .2 bar,温度为 80 K的情况下 ,外冷屏低温面板的详细设计方案     

真空丧失条件下液氦容器安全性试验

真空丧失对液氦容器的安全性是一大威胁,可能会造成十分严重的后果。通过试验,利用氦气及空气作为介质,对低温液氦容器在真空层发生泄漏情况下的漏热进行了研究。结果表明,多层绝热结构对于真空遭到破坏后的液氦容器能够起到一定的保护作用,而渗入到真空绝热层中气体的性质对于最终漏热情况也有影响,发现空气的“破坏力”明显小于氦气。     

热阻对液氮冷屏性能的影响研究

超导元件需用液氦降温至极低工作温度才能实现超导性能,液氦温区仅靠真空多层绝热方式无法达到理想绝热效果,采用液氮冷屏隔断液氦和环境之间的传热,能够有效降低液氦系统蒸发损失和液氦用量。为研究热阻对液氮冷屏传热特性的影响,建立了液氮冷屏热阻模型,通过理论传热计算得到了不同热阻与冷屏板温度及传热量之间的关系,利用数值模拟软件对不同热导率材料和不同板厚下冷屏板的温度分布进行了分析。结果表明,最不利热阻为接触热阻和导热热阻,采用高导热系数材料及适度增加冷屏板厚度有助于提高冷屏板温度分布的均匀性,减小接触热阻和冷屏板表面发射率有助于提高冷屏隔热性能,为改善冷屏热屏蔽效果提供依据。     

BEPCⅡ超导腔垂直测试杜瓦的漏热分析与实验研究

北京正负电子对撞机重大改造工程(简称BEPCⅡ)采用了超导射频技术,超导腔设备在与低温恒温器总装之前,必须进行液氦温度下垂直位置的性能测试.测试杜瓦的绝热性能对超导腔的垂直测试性能产生直接影响,准确测算测试杜瓦的漏热量对垂直测试方案的制定、减少液氦消耗量具有重要的指导意义.对测试杜瓦的主要漏热部分进行了计算,同时以液氮...     

多层绝热无液氮保护金属实验液氦杜瓦瓶的研制

由我们研制的几种杜瓦瓶表明,将多层绝热结构应用于低温液氦实验杜瓦瓶,代替液氮保护,可以得到良好的效果. 我们研制的口径为φ5120mm、φ150mm、φ200mm,内胆容积分别为10升、27升、38升,用铝箔和玻璃纤维纸作多层绝热结构的液氦实验杜瓦瓶液氦平均蒸发率分别为100毫升/小时、120毫升/小时、180毫升/小时,适于低温实验室推广使用. 另一个口径为φ120mm,内胆容积为10升,用喷铝涤纶薄膜和两个铜屏作多层绝热结构的液氦实验杜瓦瓶已使用六年,液氦蒸发率小于200毫升/小时.在该杜瓦瓶夹层中放有八个铜-康铜热偶温度计,提供了有关屏温分布的参考数据.     

CFETR真空室冷屏结构设计与热分析

根据真空室冷屏所处位置和设计条件要求,选择304LN不锈钢作为冷屏的制作材料,在环向上把真空室冷屏分为16个扇区,每个扇区由12个子部分组成,在冷屏面板扇区的子部分上合理布置相应的冷却管回路,并选择高压液氦作为冷却剂。为减少热流密度、降低冷屏辐射发射率,在冷屏表面涂有5μm厚的银层。根据辐射热原理,利用CFX软件对真空室冷屏结构进行热分析,得到其面板的温度分布及冷却管道回路的进出口压力差,分析表明,在允许范围内验证了该冷却管道布局的合理性。     

氦气冷却的MgB_2超导直流电缆本体热分析

清华大学、剑桥大学和麻省理工学院正在合作研制氦气制冷的MgB2超导直流电缆。针对此超导电缆本体结构,建立了简化热分析模型,求出了电缆的漏热量和氦气的轴向温度分布,并对氦气的进口温度、质量流率进行了优化分析;最后,利用FLUENT软件对整个电缆内流动和传热过程进行了2D建模和数值仿真;仿真结果和简化模型计算结果非常吻合,表明了简化分析模型可用于该类型超导电缆的热分析和热设计。     

高温超导磁悬浮环形杜瓦的漏热分析

对高温超导磁悬浮环形杜瓦进行了漏热分析。在杜瓦内部采用真空多层绝热结构,并在整个外表面包裹了玻璃微纤维深冷绝热纸,工艺简单,绝热效果良好。通过传热学理论分析和计算,得到杜瓦的漏热量及液氮的损耗量。结果表明,固体传导漏热为主要的漏热来源,液氮维持的时间能达到技术要求的10小时,整个杜瓦装置的绝热性能良好。     

室温孔径为30mm的100kG超导磁体总体装置的研制

该装置由11T超导强磁体;ф_内=30mm室温孔径的金属内杜瓦瓶;80升液氦金属外杜瓦瓶;JWL-150A超导磁体电源以及防辐射屏、吊杆、引线等五部分构成。金属内杜瓦瓶直接插在磁体内径中,其实验空间与外界相通,它可在4.2—400K之间变温,在0—10T之间改变磁场强度,也可随时更换测试样品。金属外杜瓦瓶采用气冷多屏绝热的结构。它自身的蒸发率为0.21升/小时。在内杜瓦瓶温度～70K、场强为10T时,液氦蒸发率为1.3—1.6升/小时之间。     

混合磁体超导线圈低温传输线冷屏的设计与分析

对于低温传输线,冷屏是其重要的结构。文中在低温传输线冷屏结构初步设计的基础上,对冷屏屏体材料进行比选,计算分析了低温传输线在80K温区的漏热量,并采用Solidworks软件,对不同厚度的低温传输线冷屏的温度分布进行模拟分析,完成冷屏的工程设计。     

多层多屏绝热液氦杜瓦传热分析

分析了不同液氦杜瓦结构,指出多屏多层的杜瓦的优缺点。通过对多屏多层绝热中不同传热方式的逐个分析,建立了一个理论传热模型。依照模型采用数值分析的方式,对多层层数为100层时的传热进行了分析,获得传导冷屏分布方式对传热流密度的影响曲线,并指出多层多屏分布的优化应同时考虑空间和温度两个因素。     

ITER CTB��������֧�Žṹ�봫����Ϸ���

根据ITER装置对CTB盒技术性能的要求,对CTB盒中冷屏的支撑部件进行了结构和传热的分析和设计。对结构形式的选择、结构强度的理论计算和支撑结构总的热损失进行了设计和计算,用ANSYS软件对该结构的非线性接触结构-热耦合问题进行了仿真分析。研究结果表明,球支撑结构既能够满足系统对支撑的结构安全要求,在有压接触情况下的漏热量符合ITER设计文集的规定。     

一种零蒸发率低温超导磁体系统的研制

介绍了零蒸发率低温超导磁体系统的设计与研制。整个系统主要包含超导磁体与低温冷却两部分。超导磁体使用NbTi线绕制,采用主线圈加补偿线圈的结构,中心磁场强度最大可达5.7T。磁体通过4.2K级G-M制冷机冷却,同时每天可生产约5L液氦。系统自常温开机运行,约45小时后开始生产液氦,液氦液面高于超导磁体2/3时,停止氦气供给。磁体加电闭环运行后,系统可实现静态零蒸发率。     

采用不同辐射换热模型对液氦传输管线的数值研究

低温传输管线是大型低温制冷设备中的关键部件之一,采用高真空多层绝热方式减少低温传输管线的漏热。基于Fluent计算平台,分别采用DTRM模型、P1模型、ROSSELAND模型、DO模型、S2S模型对真空环境下的液氦传输管线进行了数值模拟。对比解析计算解,确定了适合液氦低温管真空环境下辐射换热的计算模型,并利用S2S模型对低温传输管线的整体结构进行了模拟。模拟分析表明:S2S模型计算得到的管壁面辐射和温度场与解析解较为接近,更适合真空环境下的壁面辐射换热计算;支撑漏热为主要漏热,管壁面间辐射换热占总漏热量比例较小,整体漏热小于1W/m,满足设计需求。     

低温超导磁体杜瓦装置的结构设计与传热分析

介绍了低温超导磁体杜瓦装置的结构设计和传热分析。为了获得有效的超导磁体运行的低温环境,研制了一套采用真空多层绝热、铜辐射冷屏、蛇形排气管结构形式的绝热系统,省去了传统的在内杜瓦外面添加液氮屏的结构,简化了工艺结构,操作方便,绝热效果良好。通过传热理论计算表明,液氦的损耗量小于技术要求的0.9 L/h指标,能够保证超导磁体系统能够在一定的低温环境下长时间的运行。