EAST外杜瓦协同仿真技术的研究

为验证EAST(Experimental and Advanced Superconducting Tokamak)外杜瓦工程设计的可靠性,借助三维设计软件CATIA和有限元分析软件ANSYS,基于协同仿真技术对其进行了研究,结果与EAST运行过程中外杜瓦的实验数据较好的吻合,进行的研究为同类装置外杜瓦的研发提供了有益的参考。     

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     

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利用有限元仿真软件ANSYS Workbench,结合反应谱法对ITER极向场变流器外旁通设备进行了地震分析。具体分析了在ITER提供的设计地震频谱下,外旁通结构所受的最大等效应力、方向位移以及固定支撑位置的反作用力。分析结果表明,外旁通最大等效应力不超过8.3MPa,最大方向位移不超过2.6mm。以上数据表明,外旁通结构能够满足抗震要求。     

ITER极向场变流器外旁通设备地震分析

利用有限元仿真软件ANSYS Workbench,结合反应谱法对ITER极向场变流器外旁通设备进行了地震分析。具体分析了在ITER提供的设计地震频谱下,外旁通结构所受的最大等效应力、方向位移以及固定支撑位置的反作用力。分析结果表明,外旁通最大等效应力不超过8.3MPa,最大方向位移不超过2.6mm。以上数据表明,外旁通结构能够满足抗震要求。     

EAST ICRF天线移动结构设计

根据EAST物理实验要求,EAST ICRF天线被设计成带有一种沿着EAST装置径向方向移动的液压驱动导轨式结构.为了验证移动结构的可行性,对ICRF天线移动结构支撑部件通过公式和有限元方法进行了相关的计算分析,分析结果满足设计要求.对ICRF天线整体结构进行了受力分析以及对装配好的ICRF天线移动结构进行了调试,受力...     

CRAFT背场线圈磁体及杜瓦的力学特性分析

背场线圈和杜瓦对CRAFT系统的运行具有重要影响。为了确保系统运行的稳定性,本文基于无力矩理论、线性振动理论和随机振动理论并采用有限元法,对杜瓦和背场线圈的静力学特性、模态响应和随机振动特性进行了研究,研究结果表明磁体系统在地震载荷的冲击下将会产生较大的变形。为此,以磁体及杜瓦的变形为优化目标,采用优化设计方法对磁体及杜瓦在不同载荷下的响应进行研究,从而获得最优设计方案。该研究工作将为后续超导磁体测试平台的加工制造以及抗震优化设计提供理论指导。     

40T混合磁体杜瓦平台结构设计及性能分析

根据40T稳态混合磁体实验装置对试验杜瓦平台的要求,设计了40T混合磁体外真空杜瓦机械结构,采用ANSYS对杜瓦结构进行了稳定性分析和结构优化,最后用激光跟踪仪进行了测量.ANSYS数值模拟结果和激光跟踪仪测量实际数据对比分析,实际测量的最大变形在理论计算范围以内.     

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。     

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鉴于EAST ICRF天线真空密封性和基于实验移动的要求,可移动支撑被设计用来支撑ICRF天线前部重量。通过理论计算公式对天线支撑结构进行计算,给出了不同截面尺寸、不同移动距离下支撑杆应力和变形情况。用有限元分析方法进行分析,分析结果和理论公式计算结果非常相近,满足设计要求。计算结果为支撑杆优化设计提供理论指导,计算方法为同类装置的支撑结构提供有益的借鉴。     

主机装置靶场建筑结构的地震易损性分析

地震易损性是指在不同地震强度作用下结构达到或超过某种极限状态的概率分布描述。为了对神光Ⅲ主机装置靶场建筑结构进行地震易损性评估,采用汶川地震波作为输入,对靶场建筑结构进行非线性时程分析。并以最大层间位移角作为结构破坏指标,以PGA（Peak Ground Acceleration）作为地震动强度指标,分析得到了结构的地震易损性曲线和易损性矩阵,当发生8度及9度罕遇地震时,主机装置靶场建筑结构发生破坏损伤概率很小的结论。     

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介绍了EAST超导托卡马克偏滤器的最新冷却模块结构。利用FLUENT有限元软件对不同参数下的模型进行了稳态热分析,定量研究了冷却模块换热能力随各参数的变化规律。针对EAST装置给出了初步优化的参数范围,为水冷钨铜偏滤器的设计制造提供了参考。这对于托卡马克装置及聚变堆偏滤器研究具有十分重要的意义。     

EAST超导托克马克磁体的大型供电供冷外馈线

EAST全超导托克马克聚变实验装置由16个D形环向场线圈和12个圆形极向场线圈组成,大半径1.7m,当环形场线圈励磁14.3kA时,中心场3.5T;±14.5kA极向场线圈可提供10Vs磁通量变化.连接这些超导磁体与13台独立电源和一台制冷机之间的低温和超导部件组成大型供电供冷馈线,在EAST装置外部的外馈线包括:两组超导母线;13对电流引线及其杜瓦;一个大的低温分配恒温器,内装有40多个低温控制阀,4.4K液氦槽,3.8K过冷槽,78K液氮槽和4台超临界氦循环泵;五条低温传输线.本文介绍外馈线的设计、安装和运行情况.     

EAST装置离子回旋加热天线电流带热结构分析

介绍了EAST装置新型离子回旋加热(ICRH)天线电流带的设计结构。通过对电流带实际工况的计算得出电流带的工作温度分布,以此来模拟实际工作条件下电流带的热载荷承受能力以及对电流带结构的影响。论证了在实际工况热载荷条件(0.2MW)下,电流带辐射面温度及电流带整体结构强度满足设计要求。     

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介绍了EAST装置新型离子回旋加热(ICRH)天线电流带的设计结构。通过对电流带实际工况的计算得出电流带的工作温度分布,以此来模拟实际工作条件下电流带的热载荷承受能力以及对电流带结构的影响。论证了在实际工况热载荷条件(0.2MW)下,电流带辐射面温度及电流带整体结构强度满足设计要求。     

三电平大功率并联逆变电源在EAST系统中的应用

针对EAST超导托卡马克装置中的等离子体位移快控电源大电流快速响应的要求,采用三电平结合移相PWM多重化技术,实现多组变流器并联运行,提高了变流器的等效开关频率控制性能,从而改善了电流波形品质。分析了快控电源系统的设计方案和控制方法,并针对移相PWM多重化技术,采用Matlab进行了仿真,验证了设计思想。实验结果表明,该系统设计方案合理、控制策略有效,具备良好的大电流输出和快速响应能力。     

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等离子体破裂时随着等离子体电流的迅速衰减会在托卡马克装置真空室上产生很大的感应电流并导致电磁力。将EAST 装置真空室双层结构简化为若干环形线圈,采用互感矩阵法对破裂后真空室上感应电流及其导致的电磁力进行了模拟,用Fortran软件分析了真空室上感应电流、磁场、电磁力的变化规律。所得结果为未来托卡马克装置的工程设计改造提供理论依据。     

全超导托卡马克中性束注入系统离子吞食器工程设计

结合全超导托卡马克中性束注入系统（EAST NBI）的工作原理,采用水冷热测靶形式的离子吞食器回收和测量未被中性化粒子。根据EAST NBI系统对离子吞食器物理特性、空间限制、测量需求及冷却性能等方面的要求,对靶板材料选择、结构设计及布置等进行了分析,给出了离子吞食器具体设计方案。该方案单侧吸收靶板呈V形结构,单个靶板冷却方式采用内置并联冷却水管结构。根据该方案加工获得了EAST NBI系统离子吞食器装置。仿真和实验校验结果验证了本装置可以满足NBI系统4 MW高功率、10 s长脉冲的运行要求。