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。     

ITER装置CTB盒体冷屏结构设计与传热性能的数值模拟

为了满足ITER国际组对CTB盒体冷屏的技术要求,论文对其结构型式和传热性能分别进行了设计、选型和数值模拟分析。通过对设计后的冷屏结构进行ANSYS分析,选择了冷屏为3mm厚的3003铝合金材料,确定了冷却管为22mm×22mm-φ18mm外方内圆截面的结构型式,并选择由卡子实现冷却管与冷屏面板的连接固定。最后,利用FLUENT软件针对设计后的冷屏结构进行了流固耦合数值模拟分析,获取了冷屏面板上总体温度的分布情况,验证了论文中选取和设计的冷屏结构型式能够满足ITER国际组设计技术要求,为下一步CTB盒的设计研制提供了技术保证和依据。     

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。     

多路超导接收系统用矩形静态真空室设计

介绍设计了一种供多路超导滤波器正常工作的矩形静态真空室。通过对真空室材料选择、壁厚计算,设计完成矩形真空室焊接、密封结构;设计制定了合理的真空室加工、材料烘烤除气、防辐射热工艺;通过试验固化了馈线接头激光密封焊接参数。将制造完成的矩形静态真空室进行漏率检测及实际应用,该矩形静态真空室完全满足多路超导接收系统全扇区滤波的应用要求。     

CFETR环面低温泵冷屏挡板的热屏蔽性能研究

中国科学院等离子体物理研究所(ASIPP)开展了一项研究活动,来评估CFETR环面真空室低温泵中冷屏挡板的热屏蔽性能。采用数值模拟方法,通过设计对照组的方式对不同排布方式下冷屏挡板的热屏蔽性能进行了对比性分析。结果表明：相比于无冷屏挡板结构,布满45度倾斜角的冷屏挡板能够将吸附板表面的辐射热负载降低53.8%;相比于背向阀头的冷屏挡板结构,采用面向阀头的冷屏挡板结构能够将吸附板表面的辐射热负载降低37.5%;当坐标超过0.45 m,冷屏挡板的最大设计间距为30 mm,当坐标超过0.6 m,冷屏挡板的最大设计间距为60 mm,当坐标超过0.94 m,冷屏挡板的最大设计间距为90 mm。     

CFETR内冷屏结构方案初探

基于现有冷屏结构,结合 CFETR 聚变堆装置的结构特点,提出了一种沿冷却板厚度方向钻冷却通 道的深孔结构方案。对内冷屏各部件设计了并联加串联的特殊流道,采用有限元法计算了该方案内冷屏各部件的 温度分布。结果表明,采用深孔法冷却方式,冷屏温度分布更均匀,降温效果更好。在输出辐射功率相近的条件 下,深孔法的冷却方式可将表面辐射率上限由 0.05 提高到 0.075,能用低表面辐射率和低活化性材料如铬和钨元 素作为冷屏表面涂层替代银涂层。     

CFTER包层第一壁热工水力分析

简要描述了CFETR氦冷固态增殖包层的结构设计,介绍了包层第一壁的冷却结构。用ANSYS CFX程序对CFETR包层第一壁进行了热工水力分析。研究了如何获得第一壁的最佳出口温度,并保证第一壁结构材料的热负荷承受能力。讨论了通过改变冷却管道粗糙度和优化冷却管道布置两种方法对第一壁结构进行优化。结果表明,优化的冷却回路既满足了材料的许用温度要求,又满足了氦气的出口温度要求。     

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简要描述了CFETR氦冷固态增殖包层的结构设计,介绍了包层第一壁的冷却结构。用ANSYS CFX程序对 CFETR 包层第一壁进行了热工水力分析。研究了如何获得第一壁的最佳出口温度,并保证第一壁结构材料的热负荷承受能力。讨论了通过改变冷却管道粗糙度和优化冷却管道布置两种方法对第一壁结构进行优化。结果表明,优化的冷却回路既满足了材料的许用温度要求,又满足了氦气的出口温度要求。     

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     

流动液态锂回路的设计与初步实验研究

对流动的液态锂限制器回路平台的热力学及流动性进行了分析。通过ANSYS分析发现,限制器工作在350℃的温度下,通过真空室壁内侧添加的热屏蔽层及氦冷的应用,可以有效地控制真空室壁的温度在180℃以下。对注锂管法兰的温度分析发现,通过流速2.5m•s^-1的水冷设计,能够控制法兰刀口位置的温度在60℃左右。根据液态锂2m³.h^-1的流量设计要求,分别估算了液态锂回路中沿程阻力损失及局部阻力损失,综合回路中的锂流动盘与电磁泵之间的高度压差,计算出液态锂驱动所需的电磁泵压头为14.2m。根据流动液态锂实验回路的热力学及流动性分析,设计完成了液态锂回路并开展了流动液态锂实验。实验结果表明,系统温度控制合适,没有出现真空室或注锂法兰过热引起的泄漏。同时电磁泵能够克服阀门及管道的阻力等顺利的驱动液态锂流动形成闭合的循环回路。     

Weak thermal links for thermal cycling experiments

Two types of thermal links-wire coupling and Kapitza coupling-for thermal cycling (TC) experiments are studied. Quantitative models describing static and dynamic behaviour of the sample temperature are developed and experimentally tested. There is a wide range of applications for both couplings, the most severe limitations are imposed by nuclear heat capacities. Kapitza coupling is restricted to thin foil samples, but potentially offers the fastest response.     

On interface thermal resistance associated with thermal vibrations

This Letter generalizes the well-known acoustic mismatch theory of interface thermal resistance by inclusion into consideration a broad class of thermal vibrations that were excluded from that theory by the imposition in it of the Sommerfeld radiation condition, which is required for the theory of sound but is not relevant for the analysis of heat transport. This extension preserves the main ideas of the acoustic mismatch theory but provides much better estimates for the interface resistance, which have an order-of-magnitude agreement with experiments previously published by others.     

表面热透镜技术测量光学薄膜样品表面热变形

给出了连续调制激励光照射下光学薄膜样品表面热变形场的理论分布,并由此定义了表面热透镜(STL)信号。根据表面热透镜理论实验测量了一个BK7基底高反膜样品的形变,给出了表面热透镜信号随调制频率的变化曲线。实验结果表明:在采用的STL实验构型中,探测了最小1.985 nm的直流形变,对应不调制时的形变为3.97 nm,相应的形变探测灵敏度达到了10 pm量级;直流形变与功率成线性关系;交流表面热透镜信号随着频率增大而减小,在高频端近似成线性减小。     

Ageing evaluation of thermal barrier coatings by thermal diffusivity

Ceramic thermal barrier coatings (TBC) are widely applied for protecting from combustion gases hot path components of gas turbines for both aero- and land-based applications. In order to prevent the detachment of TBC, it would be essential to monitor their degradation in terms of sintering kinetic. As sintering strongly affects also the thermal diffusivity of TBC, the idea is to measure the latter parameter to account for the former. The technique to measure thermal diffusivity using pulsed thermography is described, together with the model that leads to the identification of TBC diffusivity. Tests and results on specimens artificially aged are reported.     

Combination of temperature-programmed thermal desorption and laser-induced thermal desorption

The combination of temperature-programmed thermal desorption with heating rates of the order of 1 K s^–1 and laser-induced thermal desorption with of the order of 10¹⁰ K s^–1 has proved to be a suitable method to determine both the frequency factor v and the activation energy E _d of desorption. The systems Ni(110)/N₂ and Ni(110)/CO serve as examples.     

热惯性对热弹性行为影响的渐近分析

当热作用时间或受热器件结构尺寸呈现微尺度特征时, 热流运动的惯性效应将对热量的传递过程产生显著地影响. 基于热质的概念, 依据牛顿力学原理引入用于描述热质运动的热波方程, 结合各向同性材料的本构关系, 构建了计及热流运动惯性效应的广义热弹性动力学模型. 利用超常传热的微尺度特征, 采用解析的方法对半无限大体外表面受热冲击作用的一维问题进行了渐近求解. 通过对热波、热弹性波的传播和各物理场分布的分析以及与已有广义热弹性理论预测结果的对比, 揭示了热流运动的惯性效应对热弹性行为的影响. 结果表明：热量的传递除了受到热流加速的时间惯性影响之外, 热流运动的空间惯性也对传热行为产生影响, 当计及空间惯性时, 热波、热弹性波的波速、波前位置, 各物理场的建立时间、阶跃峰值及阶跃间隔均受到不同程度的影响. 关键词： 热惯性 热质运动 广义热弹性动力学模型 渐近分析     

热整流效应的消失与翻转现象

研究了热整流器模型当中碰撞效应对其热传导性质,尤其是热整流效应的影响:碰撞会引起声子能带的交叠.在高温区,发现在考虑了粒子间的碰撞之后,声子能带会有明显的重叠,热整流效应会被削弱甚至消失.而在低温区,由于交换热源时,碰撞效应对声子能带交叠的贡献存在差别,因而出现了翻转的热整流效应.结果表明在设计热整流器件时,必须要考虑碰撞效应的影响.     

Active correction of thermal lensing through external radiative thermal actuation

Absorption of laser beam power in optical elements induces thermal gradients that may cause unwanted phase aberrations. In precision measurement applications, such as laser interferometric gravitational-wave detection, corrective measures that require mechanical contact with or attachments to the optics are precluded by noise considerations. We describe a radiative thermal corrector that can counteract thermal lensing and (or) thermoelastic deformation induced by coating and substrate absorption of collimated Gaussian beams. This radiative system can correct anticipated distortions to a high accuracy, at the cost of an increase in the average temperature of the optic. A quantitative analysis and parameter optimization is supported by results from a simplified proof-of-principle experiment, demonstrating the method's feasibility for our intended application.