CRAFT TF导体弯绕成形力学仿真与试验

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，旨在研制出用于CFETR环向场原型线圈.本文基于弹塑性力学理论，通过建立TF导体连续弯绕成形有限元分析模型，对TF导体弯曲成形过程进行力学仿真，获得了TF导体在成形过程中的应力、应变和成形力等力学参数，预测了TF线圈绕制过程导体截面变形、回弹、应力和应变情况，并采用TF导体开展了弯曲成形验证试验，为TF线圈的精密绕制和成形设备的工程设计提供了可靠的依据.     

一种混合高温超导磁体及其电磁特性研究

近年来, 高温超导磁体由于载流能力高、 磁场强等优点在磁悬浮列车、 医疗成像、 飞轮储能器等系统具有广阔的应用前景. 在这些应用中, 工作面上磁场越强, 系统的性能越优. 高温超导块材能够俘获强磁场, 但因为尺寸的限制, 其磁场发散区域小, 在大气隙条件下工作面区域磁场弱. 相比而言, 高温超导线圈的尺寸不受限制, 但其磁场会随着口径的增大而降低. 因此, 本文将高温超导线圈和块材结合, 提出了一种结构紧凑、 口径大、 磁场强的混合高温超导磁体. 同时, 利用有限元仿真软件建立混合高温超导磁体的二维轴对称自洽模型并进行了实验验证, 仿真计算了混合高温超导磁体的磁场分布以及不同温度下的临界电流和最大磁场强度. 结果表明, 混合高温超导磁体可显著增加工作面的磁场, 相比于独立的高温超导线圈和高温超导块材最大磁场分别最小提升了102% 和12% .另外, 混合高温超导磁体工作面上的有效磁通相比于高温超导块材也提高了.     

CRAFT导体平台背场线圈预紧碟簧设计与测试

碟形弹簧是背场线圈预紧结构的弹性元件，为线圈提供预紧力。本文采用碟形弹簧理论计算公式，设计了背场线圈预紧用碟形弹簧。以试制的■40 mm碟形弹簧为对象，开展常温下载荷与变形的加载试验，获得了其在常温下的特性曲线。试验结果表明，■40 mm碟形弹簧经多次加载后，加载区的极限载荷逐渐增大，卸载区的极限载荷逐渐减小。     

CFETR TF Dummy 线圈 VPI 系统设计

TF 线圈为大型“D”形轮廓, 由高、 中、 低场线圈通过套装和堆叠而成. 需要分别对高中低场线圈进行绝缘处理, 套装后填充高中低场之间的间隙(10 mm~120 mm) , 包绕对地绝缘后, 再对间隙填充层进行绝缘处理. 为了充分验证绕组制造的工艺, 采用一个以中场绕组尺寸的Dummy 绕组进行真空压力浸渍(Vacuum Pressure Impregnation, VPI) 完成线圈绝缘. 针对 VPI 过程中真空环境、 外部压力、 固化温度、 时间控制等方面的技术难点, 完成 TF Dummy 线圈 VPI 系统设计. 采用 CATIA 软件对 Dummy 线圈 VPI 系统进行建模, 合理设计子系统, 有效缩短 VPI过程的时间, 保证绝缘质量. 通过每个子系统的理论分析计算, 更精确地选择 VPI 系统配备的设备型号,CFETR TF Dummy 线圈 VPI 系统的设计和相关工艺的验证对后续 TF 线圈制造至关重要.     

EAST鱼尾偏滤器磁体线圈电源的研制

为了满足复杂多变的电磁环境对正弦电流精度和变频调幅稳定输出的要求，提出了LC串联谐振理论与高频PWM调制技术相结合的设计思想。研制了一种多频点(10～3800 Hz)、电流高达8000 A的正弦波电源。FTD电源采用直流开关电源技术、SPWM调制技术和LC串联谐振理论。输出电流工作点包括10 Hz@8000 A、20 Hz@6000 A、 30～110 Hz@5000 A和1.3～3.8 kHz@2400 A。采用电流反馈和频率反馈控制策略，输出电流精度可达5%。测试结果表明，FTD电源能够满足系统要求，实现了对偏滤器偏转磁场的强度和频率的调节，为偏滤器靶板的粒子热沉积效果的对比实验提供了支持。     

线圈在无限长载流直导线磁场中的逃逸速度研究

分析矩形、圆形线圈在无限长载流直导线磁场中的运动，求解线圈运动的感应电流和安培力，建立运动学微分方程，得到线圈在无限长载流直导线磁场中存在逃逸速度.线圈能从磁场中逃逸的最小初速度与线圈尺寸、电阻、初始位置、长直导线电流均有关，该模型为教师教学提供理论分析.     

电加热微电极传热模式的结构依赖性研究（英文）

近年来,电加热微电极在电分析化学中得到了广泛的关注。研究表明,在高温下促进质量传输和反应动力学通常会导致电流信号增加。然而,目前还没有关于微电极内部传热的研究,这对于微传感器的设计和操作是必要的。本文利用有限元模拟软件(COMSOL)来分析影响表面温度(T_s)的因素,这对线圈加热的微盘电极的加热能力至关重要。电极表面和加热铜线底部之间的距离也与T_s (R²=1)有良好的线性关系。考虑到成本,25 mm长的金丝足以获得相对较高的T_s。此外,当电极材料为金且金盘直径为0.2 mm时,可以获得最高的T_s。本文还研究了不同温度下加热铜线直径与电流的关系。仿真结果有望为电加热微传感器的设计和实际应用提供重要帮助。     

超导线圈低/变温热膨胀系数预测与实验

为表征超导线圈低/变温环境热膨胀系数，首先基于细观力学有限元方法建立了超导线圈代表性体积元模型，并利用多项式函数赋予材料属性进一步完成低/变温环境热膨胀系数有限元预测，通过复合律公式计算出理论值验证了有限元模型的准确性。其次，基于应变片测量热膨胀系数的原理，搭建了超导线圈低/变温热膨胀系数测量系统，最后，针对常规材料热膨胀系数进行了实验测量，验证了搭建系统的可靠性。进一步地，基于上述基础表征研究，开展了超导线圈相关低温测量的实验研究，得到了极端低/变温环境下超导线圈热应变、热膨胀系数与温度之间明显的非线性关系，且实验测试结果与理论值吻合良好。该数值模型、实验方法与测试系统的成功发展一方面丰富了极端环境下材料热膨胀系数的表征方法，另一方面，将为我国各类大型超导磁体结构设计、制备与实验提供重要参数与热-力学基础测试平台。     

直流圆形线圈径向磁感应强度研究

基于毕奥-萨伐尔定律，分别考虑及不考虑直流通电圆形线圈的径向宽度和纵向厚度，推导出两种情况下该线圈沿径向方向的磁感应强度分布公式.然后，利用Matlab软件对获得的分布公式进行数值积分，得到理论上的磁感应强度分布数据.为了考察理论值的正确性，通过设计自制圆形线圈，进行实际测量.结果表明，考虑径向宽度和纵向厚度的影响时，磁感应强度实际测量值与理论值的相对误差较小.通过理论计算与实验研究相结合考察直流通电圆形线圈沿径向方向的磁感应强度分布，既能消除电磁感应法测交变磁场实验中磁场分布的系统误差，还可加强学生对电磁理论的理解与认识，提高电磁学课程的教学效果.