HT－7托卡马克中等离子体平衡研究

本文解决了二维轴对称近似下带铁芯的托卡马克中等离子体平衡问题，计算了ＨＴ－７托卡马克中的等离子体平衡位形以及极向场系统的非线性电感和垂直场系数。最后应用Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ方程组和平衡垂直场公式得到了一组等离子体、加热场和垂直场线圈的电流波形的自洽曲线。     

HT—7托卡马克中等离子体平衡研究

本文解决了二维轴对称近似下带铁芯的托卡马克中等离子体平衡问题，计算了ＨＴ－７托卡马克中的等离子体平衡位形以及极向场系统的非线性电感和垂直场系数。最后应用Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ方程组和平衡垂直场公式得到了一组等离子体，加热场和垂地直场线圈的电流波形的自洽曲线。     

托卡马克极向场线圈的优化方法

托卡马克等离子体的三角形变和拉长比对约束和磁流体稳定性有很强的影响，因此在托卡马克装置极向场设计中，在基于物理和工程考虑所预先选定的等离子体平衡位形几何参数下，如何优化确定外部极向场线圈位置和电流，是一个具有重要实际意义的研究课题.为优化确定托卡马克极向场线圈，给出了一个有效的多变量平衡优化方法，能以事先规定的等离子体平衡位形的一些几何参数为目标函数，优化确定极向场线圈位置和电流.并应用它于HT-7U平衡位形计算，得到了所需的结果. 关键词： 等离子体平衡 极向场线圈 优化     

HL-2M极向场线圈电磁力的计算分析

在建的HL-2M装置的PF线圈采用了混合式结构。在放电过程中,线圈之间有很强的电磁耦合,每一个线圈都会受到很大电磁力的作用。采用解析法,在最大I_p=3MA等离子体电流和各种位形的放电条件下,计算分析了PF线圈受到的电磁力。这些计算结果对PF线圈及其支撑结构的设计都是具有参考价值的。     

ITER杜瓦的电磁-结构耦合分析

文中介绍了ANSYS软件进行耦合场分析的两种方法,通过比较采用了载荷传递耦合法对ITER杜瓦进行了电磁-结构的耦合分析。先是应用ANSYS进行了杜瓦电磁分析,获得了等离子体线性36ms破裂情况下的涡流及电磁力的变化趋势;然后将获得的电磁载荷耦合到结构分析中,获得了结构的应力和应变。分析的结果表明现有的设计符合设计要求。     

不同连接方案下垂直场线圈的性能研究

基于热-结构耦合分析了欧姆热和等离子体辐照引起的垂直场线圈的温度变化,对垂直场线圈在不同连接方式下的电气参数进行了研究,提出了一种优化的线圈连接方案.计算结果表明,该优化方案有助于改善垂直场线圈的响应性能,并提高其对等离子体的控制能力.     

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为环向场线圈防倾覆结构及其它支撑部件的设计提供依据,采用有限元实体模型分析方法,通过电磁-结构耦合计算对HL-2M装置的环向场线圈进行电磁力分析。计算结果表明,在目前的防倾覆结构和一般的运行情况下,环向场线圈所受最大剪切应力约为7.2MPa,在材料许用应力范围之内。     

HT-7铁芯超导托卡马克等离子体电流和水平位移多变量反馈控制

对有双层低温厚壁铜壳的铁芯超导托卡马克等离子体电流和位移反馈控制进行了分析,采用一种新颖的方法对铁芯饱和而引起的电磁参数非线性和时变性进行了处理,用等效正反串线圈模型代替厚壁铜壳,从而建立了HT-7超导托卡马克等离子体电流和水平位移反馈控制状态方程模型.并采用了检测中间状态变量进行补偿而达到解耦的目的,设计出了托卡马克等离子体位移和电流反馈控制系统,在实验中得到了很好的结果.该方法大大减少了反馈控制的计算工作量并提高了响应速度.使得铁芯、厚壁铜壳与线圈之间的强耦合给等离子体控制带来的困难迎刃而解. 关键词：     

HT-7托卡马克低杂波天线的涡流及电磁力分析

用有限元方法详细分析并计算了HT 7超导托卡马克等离子体实验装置上低杂波天线壁上的涡流分布、感应磁场位形和天线所受电磁力.针对难以求解的磁场耦合问题,采用了新的迭代算法.具体的分析方法和计算结果对于研究复杂电磁环境下金属板上的涡流及其所受电磁力的分布具有一定的借鉴价值.     

HL-2M 极向场线圈支撑结构分析评估

基于二维轴对称模型分析了极向场(TF)线圈在单零(SN)、双零(DN)、雪花(SF)和鼎位形下的电磁响 应,并评估了 4 种位形极限工况下支撑的力学性能。分析表明,PF6 线圈在放电初始时刻所受垂直电磁力最大, 可达到 1.9MN。在放电平顶结束时 PF5 线圈所受电磁力最大。在鼎位形下,PF5L 电磁力可达 2.6MN;雪花和双 零位形下,可达到 2.06MN。在这样极端的运行工况下,结构力学计算结果表明 PF 线圈支撑结构出现了局部塑性 变形。采用 ASMEVIII.2 作为评判准则,对局部高应力区进行评估,评估表明结构不存在塑性塌陷和局部失效。 而在上端主辐梁内侧支撑墩位置,螺栓所受轴力最大,需施加大于 50kN 的预紧力。     

轴对称高场超导磁体电磁应力有限元分析方法

核磁共振成像和核磁共振谱仪是高场超导磁体的主要应用领域.高场超导磁体通常具有较高的磁场和运行电流,在运行过程中超导线会产生较高的电磁应力,其临界特性将发生退化,影响磁体的稳定性.开展高场超导磁体的电磁应力精确分析显得尤为必要.本文发展了一种快速有效的有限元分析方法,第一步,为整个超导磁体系统建立平均有限元模型,采用传统的电磁-结构耦合方法求解电磁应力,获得最大应力位置;第二步,对最大应力所在的超导线圈建立详细有限元模型,采用单积分-结构分析方法精确求解每一组分中电磁应力.基于该模型研究了500 MHz NMR超导磁体的电磁应力.该分析方法也可以用于超导磁体冷却过程中的热应力分析.为高场超导磁体设计和建造提供有益的理论依据.     

CFETR CSMC装配误差下的电磁状态研究

中心螺旋管模型线圈是为了积累中心螺线管线圈设计和制造经验而预研的一套混合超导磁体线圈,该线圈由五大模块组成,高场区采用Nb_3Sn线圈,低场区采用NbTi线圈,可以满足紧凑型聚变装置对低纵横比的要求.然而模型线圈各模块结构复杂、尺寸庞大在装配过程中不可避免的存在装配误差,线圈励磁以后产生的非对称磁场和电磁力将分别影响等离子体的旋转和线圈整体的稳定性.为了详细分析装配误差对线圈磁场和电磁力的影响,选取模型线圈在装配过程中可能出现的典型的装配误差,基于电流丝等效模型计算了NbTi线圈偏置以后Nb_3Sn内外线圈上的磁场和电磁力.计算结果表明,由于装配误差,线圈磁场沿环向呈不均匀分布,轴向电磁力合力不为零;轴向和径向装配误差对线圈磁场和电磁力的影响存在明显的差异;电磁力随着装配误差呈线性增长,当线圈装配误差较大时将引发数倍于线圈自重的电磁力;该研究结果可为偏置状态下模型线圈的耦合场分析和线圈模块的装配方案设计优化提供参考.     

带集磁器的吸引式电磁力小管件翻边方法

针对微小铝合金管件电磁翻边工艺,现有方法将驱动线圈置于管件端部外侧,利用双频电流法产生吸引式电磁力实现翻边。然而其翻边能力不强,基于此提出一种带集磁器的吸引式电磁力翻边方法。在现有方法基础上引入集磁器,利用其能够改变磁场位形的特点,优化电磁力分布并增大轴向电磁力,达到增强翻边效果的目的。为验证该方法的可行性,通过搭建管件翻边过程的电磁-结构全耦合有限元仿真模型,对比引入不同集磁器后的翻边效果,同时分析了不同工况对电磁力分布、电磁力密度以及磁场和涡流的影响。得出阶梯型集磁器效果最佳,结果表明,该方法下管件翻边角度从38°增大到90°。进一步分析表明,其磁通密度径向分量和涡流密度环向分量分别增大到164%和135%,作用在管件上的电磁力分布改变,峰值时刻轴向电磁力体密度明显加强,增大到211%。该方法进一步完善了对微小铝合金管件的电磁翻边成形,对拓展电磁成形技术在铝合金管件翻边上的应用具有一定意义。     

Sound field of an electromagnetic acoustic transducer

The characteristic of radiated sound field excitated within a non-ferromagnetic aluminum by an electromagnetic acoustic transducer consisting of circle-spiral coil and vertical bias magnetic field is studied.This article presents an improved force source model according to the principle of electromagnetic induction.Then the analytic displacement solution of sound field produced by that force source model is deduced.The tangential and normal directivities of shear and longitudinal sounds are calculated numerically and compared with experimental results.Experimental results conform well to the theoretical prediction,which not only shows that the electromagnetic acoustic transducer of this conformation has a good directivity of vertical shear-wave radiation,but also confirms the given force source model is effective to describe the actual physical behavior of the probe.Theoretical and experimental study lays a foundation for optimization design and engineering application of the electromagnetic acoustic probe.     

电磁声换能器的辐射声场研究

分析了一种圆环形螺线圈、垂直偏置磁场结构的电磁声探头在非铁磁性介质铝中的辐射声场特性。首先根据电磁感应原理对探头进行了物理和数学建模,将表面力源近似成水平和竖直分布的两种,且水平分量远大于竖直分量,推导出该种力源产生的声场的理论解析解。分别数值计算出了横波和纵波的切向和法向指向性,并和实验结果进行对比。实验结果和理论计算符合较好,为此种结构的电磁声换能器的实际工程应用提供了理论依据。      

CFETR CS模型线圈的电磁分析

在中国聚变工程试验堆(CFETR)的概念设计阶段,为了将来正确设计和顺利加工其中心螺线管(CS)线圈,设计了一个由Nb₃Sn内线圈和NbTi外线圈组成的模型线圈。采用线电流模型和后期数据处理的方法对其磁场做了精确计算,解决了线电流模型不能计算导线内部磁场的问题。在此基础上计算了线圈的电感和电磁应力等参数。     

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在中国聚变工程试验堆(CFETR)的概念设计阶段,为了将来正确设计和顺利加工其中心螺线管(CS)线圈,设计了一个由Nb3Sn内线圈和NbTi外线圈组成的模型线圈。采用线电流模型和后期数据处理的方法对其磁场做了精确计算,解决了线电流模型不能计算导线内部磁场的问题。在此基础上计算了线圈的电感和电磁应力等参数。     

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A hybrid structure was adopted for the PF coil of the building HL-2M device. In the process of discharge, there is a strong coupling between the coils, each coil will be subjected to a large electromagnetic force. In this paper, PF coil electromagnetic force is computed by the analytic method under the discharge conditions of the largest I_p =3MA plasma current and various configurations. These calculation results are of reference value for the design of PF coil and its support structure.