ITER装置CTB盒冷屏绝热结构初步设计与分析

根据装置系统对CTB盒的绝热性能要求,文章对CTB盒的真空绝热层的选型、搭接处理和真空度保证措施进行了分析和设计,并分别对辐射传热、固体导热、气体导热的表观传热系数,和绝热结构总的热损失进行了数值计算。经初步检验,该绝热结构的设计是可信的,并且其总的热损失能够满足ITER设计文集的要求,为CTB盒内部冷屏的设计和制造提供了可靠的技术参数。     

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。     

ITER馈线系统CTB盒冷屏多层绝热结构传热性能的实验研究

线圈终端盒(CTB)是保证ITER装置可靠运行的关键部件之一,为磁体系统与低温车间、电源大厅、数据采集系统和低温控制元件提供4.5K的超低温工作环境。线圈终端盒(CTB)内部设有80K冷屏,以吸收室温环境对其内部工作空间带来的辐射热负荷,在杜瓦和冷屏中间,设有30mm的真空多层绝热夹层。首先采用量热法和称重法,对多层绝热试件进行了热性能测试,然后分别与理论分析和CTB原型件系统实验结果进行对比,得出了CTB盒中多层绝热结构的热性能参数,为下一步大规模生产提供了有力的技术支持。     

ITER第一壁铍铜连接部件在高热负荷作用下的热性能分析

对ITER屏蔽包层第一壁板铍铜连接件在高热负荷作用下的传热性能进行了分析,模拟了第一壁铍铜连接手指部件的热应力和热应变,得到其对应的热疲劳寿命.计算结果表明,在局部4.7MW?m-2高热负荷作用和ITER水冷条件下,现有设计方案中的铍铜连接件的热性能和热疲劳性能均满足设计要求.     

ITER磁体支撑结构有限元分析

磁体支撑结构是国际热核聚变实验反应堆(ITER)的重要部件,对其进行力学特性分析研究是确保整个反应堆正常运行的关键。通过对磁体支撑结构各工况下的强度、刚度的数值分析,给出了磁体支撑结构对应工况下各零部件的应力分布及变形量;分析结果表明磁体支撑结构各零部件的最大应力值均小于许用应力,满足强度要求,各零部件变形合理,不会出现脱开失稳现象。通过数值分析,为国际热核反应堆磁体支撑结构提供了理论设计数据,提升了磁体支撑结构的安全性和可靠性。     

ITER磁体支撑结构有限元分析

磁体支撑结构是国际热核聚变实验反应堆（ITER）的重要部件,对其进行力学特性分析研究是确保整个反应堆正常运行的关键。通过对磁体支撑结构各工况下的强度、刚度的数值分析,给出了磁体支撑结构对应工况下各零部件的应力分布及变形量;分析结果表明磁体支撑结构各零部件的最大应力值均小于许用应力,满足强度要求,各零部件变形合理,不会出现脱开失稳现象。通过数值分析,为国际热核反应堆磁体支撑结构提供了理论设计数据,提升了磁体支撑结构的安全性和可靠性。     

ITER PF高温超导电流引线原型件分流器漏热分析

为了满足ITER(国际热核聚变反应堆计划) PF(极向场)高温超导电流引线运行所需要的5K端能量损耗,根据IO(ITER国际组织)的设计要求,对分流器进行了优化设计。为检验分流器漏热性能,对分流器的材料参数进行了研究,建立了分流器物理模型,并进行了理论漏热值计算,同时运用焓差法对漏热值进行了测试,结果表明理论值与试验值基本吻合,均满足IO的设计要求。该型高温超导电流引线分流器的成功应用将会为未来CFETR高温超导电流引线分流器的设计、制造及测试提供技术指导。     

ITER纵场磁体支撑屈曲分析与半原型测试件初步设计

针对新设计的ITER纵场重力支撑结构特点,用ANSYS有限元软件对它建立了有限元模型。采用Block Lanczos方法求出了ITER重力支撑的屈曲特征值。分析结果表明ITER重力支撑不会发生屈曲。为了确保新设计结构的可靠性,初步设计了全尺寸支撑的半原型件拟用来对支撑进行工程受力测试。     

ITER重力支撑系统的有限元模态分析

用ANSYS有限元软件建立了ITER重力支撑系统（20度最小旋转周期）3维有限元分析模型，采用分块（Block Lanczos）法对ITER重力支撑系统进行有限元模态分析。计算分析，ITER重力支撑系统的前10阶固有频率和振型。模态分析结果表明ITER再力支撑结构的韧性板刚度对模态影响较大。     

ITER真空室中子屏蔽设计

ITER真空室中子屏蔽主要是屏蔽中子流、伽马射线以及降低环向场波纹度。介绍了ITER真空室的结构特点及屏蔽结构料材的选取情况,发展了屏蔽设计思想及相关的支撑结构,对铁磁性材料填充区域进行了布局设计。依据ITER真空室物理学计算结果,确定了屏蔽区域屏蔽材料的填充率。基于三维建模软件进行了屏蔽块零件库的仿真设计和屏蔽结构的模拟仿真。     

ITER极向场馈线系统冷屏初步设计

ITER极向场馈线系统采用冷屏以降低4K温区低温部件的热负荷。该文对极向场馈线冷屏的初步设计进行介绍,并计算了冷屏的热负荷。     

ITER偏滤器朗缪尔探针的设计与研制进展

对ITER 偏滤器朗缪尔探针进行了物理需求分析和结构设计,确定了探针离偏滤器靶板瓦表面的高度范围。通过结构设计和模拟仿真,得到了探针在稳态热负载条件下的温度场分布和应力状况,探针的最高温度低于相应的偏滤器靶板瓦最高温度,探针各个部件的应力低于材料的屈服强度。同时对探针进行了加工工艺和连接工艺的探索研发,初步确定探针体和钨屏蔽结构选用锻造钨材料,而且使用锻造钨试制了探针体和钨屏蔽结构。探针体与钨屏蔽结构之间使用氧化铝陶瓷绝缘,并使用特殊的工艺连接探针体、陶瓷和钨屏蔽结构。     

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对ITER靠近中性束端口的标准屏蔽包层模块进行了热工水力与热应力计算与分析。首先用流体力学方法计算了两种导流管的阻力系数,然后通过合理简化计算了冷却管道系统的水力学,最后根据水力学的计算结果得到温度及应力的分布。分析结果表明,现有的屏蔽包层设计与旧的设计相比,能更有效地降低能量损失、提高冷却效率,满足设计要求。同时需要做局部改进,以确保安全运行。     

ITER朗缪尔探针系统初步设计与研制

根据ITER朗缪尔探针系统的测量需求开展了探针系统的初步设计和部分研制工作。通过对探针系统测量需求的细化分析,确定了不同等离子体参数的测量方式和对应的探针工作模式;并对探针开展了结构设计和热结构分析,得到了探针在稳态10MW·m^-2热负载条件下的温度和应力分布,同时根据ITER真空材料手册,初步确定选用锻造钨材料加工制造探针体和探针屏蔽结构并开展了机加工工艺、焊接工艺等方面的研究。根据探针系统测量需求和工作模式对电子学系统,包括电源、模式切换模块和信号调理单元等,进行了设计分析,且电源技术验证样机正在研制。测控系统已完成初步设计,主要功能包括下发配置、状态监控、校准、数据采集、与ITER CODAC通讯、实时测量偏滤器靶板离子流通量等。     

ITER屏蔽包层最新设计的热工水力和热应力分析

介绍了屏蔽包层最新的设计方案,对比了2004年DDD设计方案与新方案在第一壁和屏蔽块结构上的差别,并对第8号包层模块的屏蔽块进行了热工水力和热应力的分析。结果表明,第8号包层模块屏蔽块的最高温度不超过200ºC,最大Von-Mise应力在200MPa以内,基本满足ITER设计要求,但冷却剂压降稍微偏大,达到0.44MPa。另外,在屏蔽块前端暴露在等离子体表面热负荷的部位,根据热应力分析计算结果,对其承载热负荷能力进行评估,改进了设计方案。     

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采用了解析法和ANSYS软件对ITER超导母线稳态时在CFT冷屏上产生的磁场分布和失超时在CFT冷屏上产生的涡流分布做了对比分析,得到的结果相互吻合,这为后续的电磁-结构以及电磁-热耦合分析提供了参考数据。