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对流动的液态锂限制器回路平台的热力学及流动性进行了分析.通过ANSYS分析发现,限制器工作在350℃的温度下,通过真空室壁内侧添加的热屏蔽层及氦冷的应用,可以有效地控制真空室壁的温度在180℃以下.对注锂管法兰的温度分析发现,通过流速2.5m.s-1的水冷设计,能够控制法兰刀口位置的温度在60℃左右.根据液态锂2m3.h-1的流量设计要求,分别估算了液态锂回路中沿程阻力损失及局部阻力损失,综合回路中的锂流动盘与电磁泵之间的高度压差,计算出液态锂驱动所需的电磁泵压头为14.2m.根据流动液态锂实验回路的热力学及流动性分析,设计完成了液态锂回路并开展了流动液态锂实验.实验结果表明,系统温度控制合适,没有出现真空室或注锂法兰过热引起的泄漏.同时电磁泵能够克服阀门及管道的阻力等顺利的驱动液态锂流动形成闭合的循环回路.     

液态锂限制器的铺展性测试平台设计及初步实验

为研究液态锂在电磁驱动限制器表面的铺展特性,设计了与EAST限制器接口相同的限制器测试平台。该平台运行时真空环境可达10^-4Pa,对被测限制器可加热至350℃。在限制器锂回路管道上,利用外部2T水平磁场以及竖直方向施加的最大为200A的直流电流,形成电磁驱动力驱动下的锂液循环回路。测试平台设有顶部和正面两个观察窗,能够在可视化条件下,完成液态锂限制器的铺展性测试实验。基于该测试平台,对首次设计的双通路液态锂限制器,研究了不同实验温度和驱动电流下液态锂在限制器表面的流动铺展情况。结果发现,锂的流量和限制器表面结构是影响锂液铺展的主要因素。     

热通量和液态锂流速对自由流动液态锂温度分布的影响

应用商业软件ANSYS CFX 计算了等离子体热通量和液态锂流速对自由流动液态锂温度分布的影响。计算结果表明,导向槽中心附近液态锂温度较高,冷却水入口和出口对应位置液态锂温度最低。液态锂出口温度随着等离子体热通量的增大而线性升高,冷却水流速为1.5m·s⁻¹,热通量分别为0.1MW·m⁻² 和1MW·m⁻² 时,液态锂在出口处对应的温度分别为255.3°C 和458.6°C。增大液态锂流速,导向槽内液态锂的温度逐渐降低,但温度变化的幅度较小。计算结果对液态锂回路安全稳定运行提供了一定参考。     

液态锂综合实验平台中液态锂流面与氩等离子体相互作用

介绍了由锂回路、直线等离子体装置及液态锂净化系统等组成的液态锂综合实验回路平台。研究了液态锂与高密度等离子体相互作用、液态锂与结构材料相容性、液态锂净化和液态锂回路热工水力学参数测量等问题。实验结果表明,流动液态锂的蒸发速率与放电电流、氩气流量及磁场强度呈正相关关系。由流动液态锂产生的锂蒸气在轴向分布不具规律性,在径向分布呈高斯分布。流动液态锂的蒸发速率随着实验时间的增长逐渐升高,并趋于稳定。磁场抑制了液态锂的流动性。在磁场和等离子体长时间的作用下,流动液态锂表面生成一层很薄的氧化锂。     

液态锂综合实验平台中液态锂流面与氩等离子体相互作用

介绍了由锂回路、直线等离子体装置及液态锂净化系统等组成的液态锂综合实验回路平台。研究了液态锂与高密度等离子体相互作用、液态锂与结构材料相容性、液态锂净化和液态锂回路热工水力学参数测量等问题。实验结果表明,流动液态锂的蒸发速率与放电电流、氩气流量及磁场强度呈正相关关系。由流动液态锂产生的锂蒸气在轴向分布不具规律性,在径向分布呈高斯分布。流动液态锂的蒸发速率随着实验时间的增长逐渐升高,并趋于稳定。磁场抑制了液态锂的流动性。在磁场和等离子体长时间的作用下,流动液态锂表面生成一层很薄的氧化锂。     

EAST液态锂限制器分配盒参数对锂流动性影响

为考察溢流孔结构几何参数及壁面电导率对液态锂流动的影响,通过数值模拟方法对不同尺寸、形状及壁面电导率的溢流孔中液态锂的流动进行了数值模拟。结果表明：溢流孔的截面宽度越小,其出口的速度分布越均匀,速度峰值也越小,但溢流孔进出口之间的压力降会显著增加;且随着壁面电导率增大,MHD压降也随之增大。对于圆形及椭圆形截面的溢流孔,其出口的速度分布远比矩形溢流孔均匀。另外,关于限制器热平衡的计算有助于保证限制器的安全稳定运行。结果对分配盒几何参数的设计、电磁泵及冷却系统的设计具有重要的指导意义。     

HL-2M 真空室保温层设计及安装

基于 HL-2M 真空室烘烤保温要求，通过有限元分析和原型件实验确定采用陶瓷纤维与纳米级微孔材 料组合作为 HL-2M 真空室保温材料。在 30℃时，保温层的导热系数小于 0.027W⋅m⁻¹·℃⁻¹；300℃时，导热系数 小于 0.038W⋅m⁻¹·℃⁻¹。在保温层厚度 25mm、热面温度 300℃且达到稳态时，冷面可控制在 85℃以下，线圈侧的 温度低于 60℃，整体热损失小于 12kW，满足 HL-2M 真空室烘烤需求。      

HT-7装置液态锂限制器实验中锂的腐蚀与沉积特性的研究

在磁约束聚变等离子体装置中, 面对等离子体的第一壁将直接影响高温等离子体性能及第一壁寿命, 具有表面自我修复的、能有效抑制边界粒子再循环的液态金属锂第一壁越来越被重视, 其中液态锂第一壁与等离子体相互作用的研究尤其重要. 本文研究了HT-7装置液态锂限制器实验中锂的表面腐蚀及在装置内沉积特性、及其对等离子体性能影响. 实验表明, 当锂与等离子体相互作用较弱时, 锂以微弱的蒸发及溅射形式从表面腐蚀并进入等离子体, 表现为锂的线辐射有所增强, 等离子体内杂质水平降低, 氢再循环降低, 有利于等离子体约束性能提高; 当锂与等离子体间的相互作用比较强时, 锂主要以锂滴形式直接进入等离子体, 引起锂的辐射爆发, 最终引发等离子体放电破裂. 通过对锂斑及样品的分析发现, 锂主要沉积在限制器周围, 并且在低场侧及沿着等离子体电流方向沉积居多, 表现为极向和环向分布不均匀, 这也导致边界粒子再循环分布的不均匀. 这些实验为研究液态锂第一壁与等离子体相互作用, 分析液态锂第一壁在托卡马克装置上应用具有重要参考意义.     

自由液态锡表面结构的流体模型

应用SolidWorks 和ANSYS 软件设计了自由液态锡表面流体结构模型,计算了初始流速和热通量不同时液态锡的速度变化和温度变化,得到了流动液态锡的速度分布和温度分布。结果表明,垂直流动方向液态锡流速较为均匀,沿流动方向液态锡流速逐渐增大、液态锡液面厚度逐渐变薄。初始温度为600K 的条件下,热通量为1MW·m⁻² 时,液态锡出口温度为623.38K;热通量为5MW·m⁻² 时,液态锡出口温度为720.18K。在相同条件下使用液态锂作为计算流体,结果表明出口处液态锂的温度低于液态锡的温度。     

液态锂回路的研究及实验

在对国内外液态锂回路研究综述的基础上,重点介绍了四川大学流动液态锂回路的研究进展。为开展等离子体与流动自由液态锂表面相互作用的研究而设计了该回路,其目标是：(1) 获得稳定、均匀的流动自由液态锂表面;(2) 研究等离子体辐照下液态锂的蒸发、溅射以及氢、氢同位素和氦在液态锂中的滞留行为;(3) 研究等离子体辐照下液态锂与结构材料的相容性。系统包括液态锂循环部分和直线高密度等离子体发生装置。     

Study of eddy current power loss in an RCS vacuum chamber

In a Rapid Cycling Synchrotron (RCS), power loss due to an eddy current on the metal vacuum chamber would cause heating of the vacuum chamber. It is important to study the effect for estimating eddy current induced power loss and temperature growth. Analytical formulas for eddy current power loss for various types of vacuum chambers are derived for dipole and quadrupole repectively. By using the prototype of dipole of CSNS/RCS, an experiment was done to test the analytical formula. The derived formulas were applied to calculating the eddy current power loss on some special structures of an RCS vacuum chamber.     

真空冷却过程中真空室内温度变化的实验研究

以熟肉为实验材料,对真空冷却过程中真空室内温度变化进行了实验研究。结果发现:真空冷却过程中真空室内的温度会出现一些波动,其变化过程可以分为四个阶段:真空室内的温度从15.8℃一直降低到10.7℃;然后从10.7℃升到最高的19.1℃;随着产品温度的降低以及真空室内压力的降低,真空室内的温度从最高的19.1℃降低到最低的6.1℃;最后,由于真空室内放气阀的开启,使得真空室的温度从最低的6.1℃升高到最终的13.1℃,一直保持在真空冷却过程结束。     

Analysis of the blackbody-radiation shift in an ytterbium optical lattice clock

We accurately evaluate the blackbody-radiation shift in a171 Yb optical lattice clock by utilizing temperature measurement and numerical simulation. In this work. three main radiation sources are considered for the blackbody-radiation shift, including the heated atomic oven, the warm vacuum chamber, and the room-temperature vacuum windows. The temperatures on the outer surface of the vacuum chamber are measured during the clock operation period by utilizing seven calibrated temperature sensors. Then we infer the temperature distribution inside the vacuum chamber by numerical simulation according to the measured temperatures. Furthermore, we simulate the temperature variation around the cold atoms while the environmental temperature is fluctuating. Finally, we obtain that the total blackbody-radiation shift is -1.289(7)Hz with an uncertainty of 1.25×10~(-17) for our ~(171)Yb optical lattice clock. The presented method is quite suitable for accurately evaluating the blackbody-radiation shift of the optical lattice clock in the case of lacking the sensors inside the vacuum chamber.     

真空冷却过程中实验条件对真空冷却速率的影响

以熟肉为实验材料,对实验条件对真空冷却速率的影响进行了理论分析和实验研究。实验结果表明:真空室有效容积越小、真空泵抽速越高,则真空冷却时间就会越短;冷阱温度对真空冷却速率有着明显的影响;当真空室内的最终压力在0.4～0.61kPa变化时,熟肉的表面温度一直在0℃以上,其真空冷却的时间随着真空室内压力的升高而增加。而真空室内的最终压力在0.3kPa左右时,熟肉的表面温度在真空冷却过程会低于0℃。     

Mode locking in reversed-field pinch experiments

The MHD mode trajectory in the Madison Symmetric Torus reversed-field pinch has been found to obey the sine-Gordon equation. Corresponding to experiment, a perturbation analysis predicts the locations of mode locking to be at the vacuum chamber poloidal and/or toroidal gaps. The mode's energy dissipates when it locks, as shown by a decaying spiral phase-plane trajectory. Unlocked modes travel around the torus without an abrupt energy loss. By varying key machine parameters obtained by statistical analysis, the probability of locking in accordance with the experimental results can be predicted.     

真空罐内应用的太阳模拟灯阵热设计

为了解决太阳模拟灯阵整体放在真空罐内使用时的导热问题,采用热管导热的方案,设计了专门的氙灯导热机构。计算了液氮系统的导热能力,结果显示,真空罐液氮冷却系统的温度升高ΔT为2074 1 K,小于其过冷度4 K,表明真空罐液氮冷却系统完全可以将太阳模拟灯阵的热量导出。采用热管导热技术,设计了导热机构,用有限元分析法进行了热仿真分析,分析结果表明,氙灯阴阳极温度维持在100 ℃左右,氙灯灯泡维持在655 ℃左右,满足氙灯正常工作的温度条件;积分器和反射镜组件温度维持在200 ℃左右,椭球镜温度维持在135 ℃左右,亦满足正常工作的温度条件,从而验证了热设计的正确性。