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。     

高温超导MRI磁体试验样机的设计

对MRI用高温超导磁体试验样机的设计进行了介绍,包括项目的市场需求、磁体的基本参数和系统热负荷的预设计结果等。     

特殊工况下的高温超导磁体冷却系统的设计

特殊工况下的高温超导磁体的设计要求是在30分钟内快速降温到63K以下,并且保持磁体在工作温度下持续工作至少8个小时。提出了采用液氮浸泡磁体,并通过液氦预冷和减压对液氮进行冷却,使液氮快速降温到63K以下形成固态氮的冷却方式。计算了磁体运行时的总热负荷,对比全部利用固氮维持磁体运行、部分利用固氮作为储冷介质同时利用斯特林制冷机制冷维持两种维持磁体低温运行方案,最终确定第二种冷却方案。     

高温超导磁体试验装置设计

在高温超导磁体试验装置设计中,冷却方式有制冷机传导冷却和液氮浸泡冷却两种。制冷机传导冷却是将磁体通过一种热导率高的材料与制冷机冷头相连。该方式为保证绝缘、冷量传递、温场均匀性等指标,对磁体的结构设计要求较高;液氮浸泡冷却是将高温超导磁体浸泡在液氮中,该方式虽然对磁体结构设计要求有所降低,但在试验过程中需定期补充蒸发掉的液氮,试验过程较繁琐。有鉴于此,我们设计了一套利用热虹吸原理的零蒸发液氮浸泡冷却高温超导磁体试验装置,超导磁体吊装在杜瓦上盖板法兰下,液氮浸泡超导磁体,带GM制冷机的液氮再冷凝杜瓦与超导磁体分开,用一根真空绝热管道将两者连接起来,利用热虹吸原理构成自循环系统。     

高温超导磁体系统发热仿真及实验研究

本论文对高温超导磁体在传输直流电流时产生的损耗进行了理论分析和实验验证．本文考虑了高温超导带材非线性模型磁场方向对带材临界电流和n值的影响，用Bi2223超导带材绕制了（一个由20个双饼组成的高温超导磁体，用数值仿真和实验方法研究了此磁体传输直流电流时的指数损耗．并对每个双饼以及每匝线圈的损耗进行了分析．在液氮温度下对一个双饼线圈进行了指数损耗的测量，测量结果与数值仿真结果相当吻合．利用高温超导体临界电流此非线性模型，本文对此磁体快速励磁情况下的交流损耗的特点进行了数值模拟．     

基于线性规划的高温超导磁体线圈设计方法

电子真空回旋器件是一种对磁场精度要求较高的微波源装置,一般采用超导磁体提供磁场环境.超导磁体的应用中,磁场分布的实现是超导磁体设计的核心问题.提供回旋器件磁场的高温超导磁体包含较复杂的磁体绕组,为了解决此类设计计算问题,本文提出了一种包含设计区域约束的线性优化方法进行回旋器件高温超导绕组的设计优化,通过分步的约束和线性优化计算,可得到同时满足设计要求和绕组可实现的设计磁场电流分布设计.计算实例的结果给出了一个提供磁场强度1.3 Tesla,长度285 mm的均匀磁场区域,同时满足多位置的磁场要求,设计结果与要求一致度较好,精度满足应用需求.该计算方法是一种可适用于较复杂磁场要求和超导绕组结构的设计优化方法.     

高温超导电缆冷却系统现状与发展

结合国内外高温超导电缆工程实例从制冷原理,系统形式等方面介绍了几种常用的高温超导电缆冷却系统;同时从适用条件、运行可靠性、经济性等方面对它们进行比较;分析国际上对高温电缆冷却系统的研究趋势,并对其研究发展提出建议。     

无绝缘高温超导跑道型磁体设计

环向场磁体是ITER托卡马克装置中的核心部分,采用无绝缘高温超导磁体技术能使其产生更高的稳态场。文中介绍了无绝缘高温超导磁体技术的原理和特点,并以跑道型磁体为着手点,使用不同的超导带材,利用有限元法设计无绝缘高温超导磁体,总结了线圈个数与布局对磁体临界电流和中心磁场的影响。该磁体在20K下可产生的稳态磁场约为3.59T。     

特殊工况下的高温超导磁体设计

基于特殊工况下移动式高温超导磁体(HTS)的设计要求,提出了三种带材的绕制方案。依据经济性和基本设计原则选择了混合磁体设计方案,并对磁体的线圈,绝缘和支撑进行了设计。利用有限元软件对磁体线圈进行了电磁学分析,并根据不同工况条件对磁体的结构进行了力学分析,分析结果表明设计结果符合设计要求,为高温超导磁体的制作和实验提供了可靠依据。     

高温超导磁体研究进展

 美国Ｄｕｐｏｕｔ公司设计了一个高温超导磁分离机,它将用于分离高岭土和钛氧化物中的矿物质．这个高温超导磁体直径为０．８ｍ,中心磁场为２到２．５Ｔ,运行温度为２０Ｋ．美国佛罗里达高场实验室报道了它们一个３Ｔ的高场高温超导插入线圈,导线用ＰＩＴ法制造,线圈为双并式结构,用Ｗ＆Ｒ法制造．里层线圈的导线是纯银基,外面二组线圈导线是用Ａｇ和ＡｇＭｇ作基底．线圈试验是成功的．芬兰Ｔａｍｐｅｒｅ大学和美国超导公司合作研制了一个５ＫＪ的高温超导微型ＳＭＥＳ,该储能线圈是美国超导公司用Ｂｉ－２２２３带绕成的,其运行电流为１６０Ａ,运行在２０Ｋ温度下,磁体采用二级Ｇ－Ｍ制冷机冷却,冷却功率为８Ｗ．     

Study on cooling process of cryogenic system for superconducting magnets of BEPCⅡ

In the upgrade project of the Beijing Electron Positron Collider(BEPCⅡ),three superconducting magnets are employed to realize the goal of two orders of magnitude higher luminosity.A cryogenic system with a total capacity of 0.5 kW at 4.5 K was built at the Institute of High Energy Physics(IHEP)to support the operations of these superconducting devices.For preparing the commissioning of the system,the refrigeration process Was simulated and analyrzed numerically.The numerical model Was based on the latest engineering progress and focused on the normal operation mode.The pressure and temperature profiles of the cryogenic system are achieved with the simulation.The influence of the helium mass flow rates to cool superconducting magnets on the thermodynamic parameters of their normal operation is also studied and discussed in this paper.     

中国固态增殖剂试验包层系统的氦气冷却系统仿真计算

根据中国固态增殖剂试验包层氦气冷却系统的系统设计和布置情况,利用大型一维流体仿真软件 Flowmaster 建立了氦气冷却系统的仿真模型。利用该仿真模型,模拟了氦冷系统在产氚包层系统不同工况下氦气流动情况以及各种参数的分布情况,得到了热等待工况、热备用工况、正常运行工况和除氚工况下系统的主要工艺点的温度、压力和流速分布等相关参数,为系统的设计和设备选型提供参考。同时,该仿真模型和结果对中国聚变工程实验堆氦冷系统的仿真模拟具有一定的参考意义。     

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According to the system design and arrangement of helium cooling system of China helium cooled ceramic breeder (CHCCB), helium cooling system simulation model is built using large one-dimension fluid simulation software Flowmaster. For different operation conditions of tritium breeding blanket system, helium flow conditions and parameter distribution are simulated for helium cooling system, using such simulation model. Temperature, pressure and velocity distributions and other related parameters have been obtained on different scenarios for hot waiting state, hot standby state, normal operation state and tritium out-gassing state, which provide reference for the design of system and equipment selection. Meanwhile, the model and simulation results have some reference significances for the simulation of helium cooling system for CFETR.     

单螺线管型高温超导磁体的设计与优化

高温超导带材的各向异性严重制约着超导磁体可运行临界电流的提高,从而影响着磁体的性能。因此,电磁优化设计在高温超导磁体设计中占据着至关重要的位置。主要采用有限元软件对磁体建模仿真,根据磁体磁场的分布,采用多种带材绕制磁体,进行设计优化。结果表明,在相同体积的有效带材基础上,优化之后的临界电流明显提高,储能量提升了约22%;同时,在计算磁体的可运行临界电流时,采用了多次仿真、迭代计算的方式求解磁体的可运行临界电流。这种方法在仿真阶段可直接求解出磁体的临界电流,计算较为方便,而且获取的是实时运行的临界电流,更符合实际情况。     

低温阀门测试液氮储槽设计

介绍了DN15-DN400低温阀门性能测试测试系统中低温液氮储槽的设计研制方法,从低温储槽的绝热设计以及结构强度设计方面进行了详细介绍.低温储槽采用了新型的悬挂式结构,设计中采用ANSYS分析软件,对其在冷热交变下的应力变化以及结构强度进行了模拟,实际使用效果表明,低温液氮储槽完全达到设计要求.     

冷冻靶制备用低温氦气循环系统

常温高压渗透充气、低温冷却的冷冻靶球,需要20K以下的低温循环氦气,用于冷却高压渗透室和低温恒温腔。本套系统采用GM制冷机为冷源,采用专用氦压缩机为循环泵,设计高效率的回热式换热器,实现末端的20K以下低温氦气,通过低温氦气冷却终端部件,实现了20K的低温恒温环境和渗透室的冷却。     

正仲氢催化转化性能低温测试装置设计

液氢在新能源、工业生产等领域有重要的用途。结合液氢生产中正仲氢转化的特点,提出了一种可实现多种转化方式的正仲氢催化转化性能低温测试装置设计。通过液氮预冷和G-M制冷机实现正仲氢转化温度可控、通过设置正仲氢预反应实现入口原料仲氢组分可控,并采用更换可拆卸转化器和热沉方式实现多种正仲氢转化方式。实现不同工况下(等温绝热、连续型正仲氢转化、温度及待测仲氢含量可调)正仲氢催化转化性能测试,为正仲氢催化转化催化剂性能测试和正仲氢转化器的设计提供实验数据。     

基于LabVIEW的安全阀低温性能测试装置设计

在分析现有低温安全阀性能测试方法的基础上,设计了一套基于高速数据采集的安全阀低温性能测试装置,详细介绍了此装置的软硬件设计。该装置采用集约型设计,能满足性能测试中短时大数据量同步采集的需要,可以广泛适用于现有各类参数范围的低温安全阀。