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。     

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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。     

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。     

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。     

管内电缆导体应变对稳定性影响模拟研究

提出了应变对CICC导体稳定性作用的仿真设计思想,研究了应变对临界电流密度的影响,量化了应变作用,推导了导体设计的数学公式,建立了数值仿真设计模型,并进行了导体结构的模拟设计。将数值仿真设计与工程设计进行了比较,结果显示,采用数值仿真设计模型能有效减轻工程设计工作量,缩短设计周期。     

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。     

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     

不同条件下聚变用316LN不锈钢铠甲的力学性能研究北大核心

ITER计划中纵场线圈采用管内电缆导体结构,简称CICC结构。由于无磁性的奥氏体不锈钢是核聚变反应堆的理想材料,导体铠甲采用的是材质为改良的316LN无缝不锈钢管。ITER TF线圈的CICC导体套管由316LN不锈钢管接而成。再将电缆穿入铠甲中经过冷作硬化后,进行650℃/200h的时效热处理,最终在导体运行期间,温度降至4.2K的液氦温度下服役。对于导体铠甲能否经受以上加工处理,将对聚变用316LN不锈钢铠甲在不同的形变、热处理温度和不同温度下的力学性能进行比较分析。     

HT-7UPF导体的设计及其稳定性分析

使用简单地功率和能量平衡关系,分析了CICC(Cable-in-Conduit-Conductor)型超导体的稳定性。为了导体的设计,推导出一些仅含有超导电缆几何因子和导体运行参数的表达式。最后给了一种HT-7U极向场PF(Poloidalfield)线圈导体的设计结果。     

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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。     

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。     

大截面刚度CICC 导体螺旋放送系统的设计与校核

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 制 造 出 用 于CFETR 的环向场原型线圈. 本文结合 CRAFT TF 线圈的结构特点和无张力绕制的工程需求, 针对大截面刚度CICC 导体恒速度、 恒高度螺旋放送的技术难点, 完成了导体放送系统的结构设计, 并采用 ANSYS 软件对关键承载部件进行静力学校核, 验证了导体放送系统结构设计的可靠性和材料选择的合理性. 同时, 对导体的螺旋放送过程进行简化, 建立了待放导体旋转与下降过程的力学模型, 获得了导体放送过程中克服转动惯量所需摩擦力的变化曲线, 为导体安装撑紧力的设置提供了依据.     

40-T混合磁体外超导磁体CICC摩擦系数测定

40-T混合磁体的建设正在中科院强磁场中心进行,其外超导磁体将由管内电缆导体CICC绕制,并采用4.5K 的超临界氦迫流冷却.CICC的摩擦系数是确定各冷却通道进口压力和流量的重要依据.文中介绍了CICC压降测量平台搭建,并对40-T混合磁体外超导磁体哑缆摩擦系数进行测量;分析了该CICC内的摩擦特性,并拟合出相应的经...     

CICC导体轧制过程有限元模拟

利用显式动力学有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对CICC导体的轧制过程进行了模拟,得到了导体在不同轧制道次中所需的轧制力以及轧制道次对导体形状和残余应力的影响。轧制力的计算结果与参考的实验数据吻合,能为导体轧制成型设备的研制提供依据。