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。     

CFETR纵场磁体线圈内馈线结构设计与分析

介绍了中国核聚变工程试验堆(CFETR)纵场磁体线圈馈线系统内馈线的结构,它由外盒体、万向节、 超导母线与冷却管路以及内部支撑架等子部件组成。在纵场磁体线圈内馈线工况下,对其进行了结构设计,并通 过有限元分析,获得了内馈线工作状态下的应力和位移分布云图。结果表明,最大应力与最大位移变形均满足设 计使用要求。      

基于参数化模型的内冷屏设计优化流程的开发

在中国聚变工程实验堆(CFETR)集成设计平台(CIDP)的设计框架中,基于参数化模型开发了能够高效开展内冷屏设计优化的工作流程。通过OPTIMUS 软件驱动CATIA、ANSYS 等CAD/CAE 软件进行自动建模及有限元分析,利用响应面模型、敏感度分析等方法确定与优化目标关系密切的参数,该流程根据内冷屏的参数化模型的几何参数驱动优化流程得到满足设计判据的优化设计参数。在应用示例中,考虑到等离子体破裂工况下冷屏的安全运行要求,在电磁-结构分析得到的应力满足设计判据的前提下,通过优化几何参数使内冷屏的质量最小,从而降低建造成本、提高经济性。     

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。     

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。     

混合磁体超导线圈低温传输线冷屏的设计与分析

对于低温传输线,冷屏是其重要的结构。文中在低温传输线冷屏结构初步设计的基础上,对冷屏屏体材料进行比选,计算分析了低温传输线在80K温区的漏热量,并采用Solidworks软件,对不同厚度的低温传输线冷屏的温度分布进行模拟分析,完成冷屏的工程设计。     

制冷机冷却型超导磁体杜瓦的研制

介绍了带制冷机冷却的超导磁体系统杜瓦的设计、制作及实验结果分析。杜瓦采用 4 0 K、10 K双制冷屏结构 ,其室温磁场孔径为 75 mm,长 4 15 m m。试验结果为 :液氦蒸发率为 0 .6 9升 /天 (在 2 0天连续试验期内 ) ,优于合同规定的指标 (2 .4升 /天 )。双制冷屏由一台双级 G- M制冷机冷却 ,工作时一级冷屏温度为 35 K,二级冷屏温度为 7.0 K。磁体系统的磁场强度为 3T,满足了用户的使用要求     

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真空室冷屏结构设计与热分析

根据真空室冷屏所处位置和设计条件要求,选择304LN不锈钢作为冷屏的制作材料,在环向上把真空室冷屏分为16个扇区,每个扇区由12个子部分组成,在冷屏面板扇区的子部分上合理布置相应的冷却管回路,并选择高压液氦作为冷却剂。为减少热流密度、降低冷屏辐射发射率,在冷屏表面涂有5μm厚的银层。根据辐射热原理,利用CFX软件对真空室冷屏结构进行热分析,得到其面板的温度分布及冷却管道回路的进出口压力差,分析表明,在允许范围内验证了该冷却管道布局的合理性。     

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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。     

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对TF线圈馈线系统做了地震响应分析。利用ANSYS有限元软件对一个TF线圈馈线系统进行了模态分析与响应谱分析,得到了在地震载荷下的峰值响应(应力和位移)。最后,根据 ITER 磁体结构设计标准,对系统的最大Tresca应力进行了评估。结果表明,TF线圈馈线系统满足SC1抗震等级的要求。     

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。     

ITER TF线圈馈线系统地震动响应分析

对TF线圈馈线系统做了地震响应分析。利用ANSYS有限元软件对一个TF线圈馈线系统进行了模态分析与响应谱分析,得到了在地震载荷下的峰值响应(应力和位移)。最后,根据ITER磁体结构设计标准,对系统的最大Tresca应力进行了评估。结果表明,TF线圈馈线系统满足SC1抗震等级的要求。     

42T水冷磁体容器模态及抗震分析

42 T水冷磁体是我国稳态强磁场实验室在建的设计指标最强的高场水冷磁体装置.本文聚焦于42 T水冷磁体容器在本地7级地震这一极端工况下结构强度可靠性研究.首先基于有限元分析软件对水冷磁体容器进行高压工况下的应力分析，再通过自重分析研究其20阶非零模态的固有频率；根据前20阶固有频率，获得地震水平反应谱值，再结合Response Spectrum模块模拟地震作用下42 T容器的响应谱分析.结果显示，在3 MPa水压工况下容器最大应力为115 MPa,在地震谱激励下产生的最大等效应力为1.69 MPa,最大位移为0.016 mm, 304不锈钢材料许用应力为137 MPa,故42 T水冷磁体容器设计符合7级地震工况要求.     

ITER磁体重力支撑系统的应力强度分析

用ANSYS有限元软件,分析了ITER重力支撑系统的静力情况。采用实体单元建立有限元模型,分析了磁体重量、热载荷、地震和电磁力多种工况下的应力分布及位移变形,获得的最大应力强度和最大位移均在许用应力及允许位移范围内。为进一步优化ITER重力支撑系统提供了重要的参考数据。     

Simulation and experimental tests on active mass damper control system based on Model Reference Adaptive Control algorithm

In the process of sudden natural disasters (such as earthquake or typhoon), the active mass damper (AMD) system can reduce the structural vibration response optimally, which serves as a frequently applied but less mature vibration-reducing technology in wind and earthquake resistance of high-rise buildings. As the core of this technology, the selection of control algorithm is extremely challenging due to the uncertainty of structural parameters and the randomness of external loads. It is not necessary for the Model Reference Adaptive Control (MRAC) based on the Minimal Controller Synthesis (MCS) algorithm to know in advance the structural parameters, which produces special advantages in conditions of real-time change of system parameters, uncertain external disturbance, and the nonlinear dynamic system. This paper studies the application of the MRAC into the AMD active control system. The principle of MRAC algorithm is recommended and the dynamic model and the motion differential equation of AMD system based on MRAC is established under seismic excitation. The simulation analysis for linear and nonlinear structures when the structural stiffness is degenerated is performed under AMD system controlled by MRAC algorithm. To verify the validity of the MRAC over the AMD system, experimental tests are carried out on a linear structure and a structure with variable stiffness with the AMD system under seismic excitation on the shake table, and the experimental results are compared with those of the traditional pole assignment control algorithm.     

ITER聚变功率关闭系统的一种阀门箱 结构的有限元分析

用ANSYS软件对ITER聚变功率关闭系统(FPSS)的一种阀门箱的结构在ITER各种典型荷载组合下的应力和应变进行了有限元分析，并遵照ASME及ITER标准对分析结果进行了评判。结果表明这种阀门箱结构能够满足ITER的设计要求。     

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在强度静力分析基础上,对S弯盒壁厚、加强筋间距等参数进行了优化设计和校核。在模态分析基础上,对模型进行了频谱分析和动态时程分析,获得地震动下确保结构安全运行的设计参数。