ITER极向场磁体支撑冷却系统设计、分析与优化

讨论了ITER装置极向场磁体支撑的冷却管道分布方式,择优选用了沿支撑体宽度方向的管道分布方式进行了计算与分析。选取了冷却剂的温度与压降以及支撑体的温度作为评判分析结果好坏的依据,用有限元方法得到了符合设计标准的冷却管道系统的设计方案与数值模拟结果。     

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 极向场磁体支撑U 型韧性夹焊接方案优化

利用试验及数值模拟技术研究了ITER 极向场磁体支撑U 型韧性夹的焊接变形规律,模拟和实际测量的比较验证了模拟的准确性,从而得到了U 型夹焊缝变形的基本规律,并改进现有夹具类型。基于验证好的热力边界条件以及优化的夹具,对三种焊接方案的U 型韧性夹的焊接变形进行了计算,从而提出了极向场磁体支撑制造的优化方案。优化后的焊接方案将焊接变形控制在0.6mm 以内。     

ITER 磁体支撑结构多维加载系统测控系统的设计

为了验证ITER 磁体支撑结构的可靠性,建立了多维加载测试平台对支撑部件进行机械性能检测。测量控制系统由7 台EDC 控制器、计算机系统、16 通道准动态应变仪、25 只位移传感器、7 套油缸中的负荷和位移传感器组成。基于可编程语言,利用EDC220 数字控制器实现了多通道协调加载的测量和控制过程,完成了 7 套双油缸高精度同步控制实验。针对典型的加载工况进行工程测试。结果表明,测控系统设计合理,控制系统可靠,能满足下一步的实验要求。     

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。     

高温超导磁体低温氦气冷却系统设计及性能试验

高临界温度的超导材料的出现,使得使用高于液氦温度的低温氦气来冷却高温超导磁体的冷却系统有着广泛的应用前景。设计了一种高温超导磁体低温氦气循环冷却系统,并进行了相关性能试验。结果表明,系统使用温度范围广,可对多种不同临界温度的高温超导磁体进行冷却;系统控温精度较高,为高温超导磁体在特定温度下的性能研究提供了条件;指出了影响系统性能的关键问题。     

ITER磁体支撑316LN U型支撑夹制造研究

通过焊接和"整体环形锻造+线切割"两种制造方案对ITER磁体支撑U型支撑夹(PFCS2 U)的制造进行了研究.在采用TIG焊接方案时,通过对组件进行双面和单面焊接,结合多种辅助工装和热处理,最终可将尺寸控制在要求范围内,77K时焊缝的夏比冲击性能低于100J;在采用"整体环形锻造+狭缝线切割"的制造方案时,U型支撑夹的...     

高温超导磁体液氮零蒸发冷却系统设计及性能试验

随着高温超导技术的发展,可用于交变电磁场条件下且临界温度高于77K的高温超导线材已经得到商业化应用,液氮温区的高温超导磁体冷却技术也取得了巨大进步。本文作者设计了一种高温超导磁体液氮零蒸发冷却系统,并进行了相关性能试验。结果表明,整个试验过程中,液氮无损耗,实现液氮零蒸发功能;系统液氮温度处于70K~77K之间,且温度可控,为高温超导磁体在特定温度下的性能研究提供了条件;给出了液氮温度与系统净输出冷量的关系,并与理论计算进行了比较;提出了影响系统性能的关键问题。     

FAIR收集环超导二极磁体支撑设计与热负荷分析

为保证FAIR收集环(Collector ring-CR)超导二极磁体工作过程中的磁场位形符合设计要求,同时保证由磁体支撑带来的热负荷小于设计要求,用CATIA软件建立了不同结构的磁体支撑3D模型,并用ANSYS有限元分析软件对建立的模型进行了低温热负荷分析和结构分析。通过比较分析的结果和对磁体支撑结构进行的进一步优化,确定了316LN+G10材料的支撑结构,为收集环超导二极磁体工程制造提供了参考。     

20MW水冷磁体冷却水系统节能优化设计

针对水冷磁体运行产生的热负荷设计了本水冷系统,该系统在保障磁体稳定运行的前提下,进行了节能优化设计。其中自然分层水蓄冷技术的应用不仅节约占地还可增大蓄水量,而利用峰谷电价差进行夜间蓄冷的方式更可节约运行成本;利用闭式冷却塔在气温较低时取代上游冷水机组的设计也最大程度地节约了电能;此外在运行模式方面,系统可根据不同水冷磁体实验负荷进行灵活转换;在设备选择方面,均采用节能环保的产品,如制冷系数高的冷水机组,传热系数较高的板式换热器等。本系统对MW级以上水冷系统设计具有较好的参考价值。     

1m口径主反射镜支撑系统的优化设计

应用有限元法并借助有限元分析软件建立了主镜的三维实体有限元模型,对1m主镜的支撑系统进行了优化设计。分析比较了两种常用主镜侧支撑结构,优化确定了轴向支撑半径、侧支撑方式和侧支撑点位置。分析计算显示主镜处于不同俯仰角位置时的最大面形精度RMS值为5.3nm,满足设计指标要求,该有限元优化设计方法和过程不受主镜直径及厚度的影响,适用于平面、球面、非球面甚至异形面主镜的设计。结果表明了所设计的支撑系统方案的合理性与可行性。     

大口径薄型光学镜面支撑方案的优化设计

 针对薄型光学镜面支撑过程中的主动施力过程,建立了一个1维分析模型。利用该模型,采用有限元法对一个口径为300 mm、直径与厚度比为40的薄型光学镜面,利用离散支撑方案,针对4种镜面变形进行了计算,得到了实现变形要求所需施加力的大小。使用零阶优化方法中的子问题逼近法对施力位置、施力大小进行了具体优化。分析结果显示：优化后的镜面变形与目标形状更接近,最大平均差值比优化前减小了58%。     

欧洲FAIR中超导二极磁体样机的初步设计与分析

介绍了欧洲FAIR超导二极磁体样机设计的背景及设计要求,以及磁体样机的几个大部件及其作用。用有限元分析软件ANSYS进行了线圈电磁性能分析,得到其磁场、电感、储能随电流的变化曲线,并对其中的一个部件线圈盒进行了结构分析,为下一步的设计提供参考。     

HL-2M 装置冷却水系统介绍

介绍了 HL-2M 装置冷却水系统的组成以及各子系统的循环流程、运行原理和运行参数。      

HL-2M装置偏滤器冷却系统设计与分析

建立了HL-2M装置偏滤器水冷流道的等效三维模型,模拟分析了冷却水系统负载的温度和压降.构建了冷却系统的一维流体模型,分析了冷却系统工程设计的水力参数,并与模拟结果进行了比较,结果符合得较好.     

HL-2M 主机线圈冷却系统设计和优化

用一维网络仿真和解析计算方法对HL-2M 磁体TF 线圈、PF 线圈和CS 线圈水冷却系统进行设计和计算,给出了冷却系统工程设计所需要的水力参数。通过优化冷却系统的资用压力和流量分配,得到满足子系统动力输出的最大流量为400m³•h⁻¹,最大压力为1.8MPa,满足线圈在最大流速4.5m•s⁻¹ 下热交换的要求。     

单块磁悬浮系统磁体和超导体的厚度优化

研究了磁铁厚度和YBCO超导体厚度对悬浮力的大小及系统动态特性的影响,通过分析得出磁悬浮系统中磁体和超导体厚度的最优值。通过悬浮力测试系统测得超导块尺寸为φ30mm×18mm时四块不同厚度的磁体的悬浮力以及磁体尺寸为φ30mm×10mm时六块不同厚度的YBCO超导体的悬浮力的大小;并在振动实验台上测试了上述情况下的振动特性。对动态曲线进行频谱分析,最终得出最优组合,从而对磁悬浮系统的磁体和超导体厚度进行了优化。