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。     

CFETR中心螺管模型线圈稳定性分析

中国聚变工程试验堆(CFETR)中心螺管模型线圈,内部磁体为Nb3Sn线圈,外部磁体为Nb Ti线圈。模型线圈最高磁场可以达到12.0T。针对提出的内部线圈方案,借助一维失超分析软件Gandalf,对Nb3Sn线圈的温度裕度、稳定裕度做了计算。在49k A,12T运行条件下,温度裕度为1.9K,稳定性裕度421.2m J/cm3~426.6m J/cm3。结果表明,温度裕度和稳定性裕度均不低于ITER导体设计要求。     

CFETR模型线圈引线的力学分析

基于毕奥萨法尔定律计算了中国聚变工程实验堆(CFETR)中心螺线管模型线圈上的磁场、电磁力,采用有限元分析工具ANSYS计算了线圈引线上的Von-Mises应力。基于分析设计对线圈的内应力进行了评定,并进一步研究了大应力区域各种不同类型的应力的分布状况,为后续模型线圈的进一步优化设计和加工制造提供了参考。     

CFETR CS模型线圈导体铠甲低温力学性能研究

CFETR CS模型线圈采用超临界氦迫流冷却,超临界氦在导体内部流动时吸收电缆上的热负荷,使得线圈能够保持在低温下安全运行。CFETR CS模型线圈的超导体采用CICC结构,其导体外部铠甲采用氩弧焊填丝焊接连接而成。在线圈运行过程中,导体遭受的巨大电磁载荷主要依靠不锈钢铠甲承受。采用数值模拟与实验研究相结合的方法,研究了导体铠甲在磁体运行过程中的受力情况,并通过常低温拉伸实验,获得了铠甲母材与焊缝4. 2 K力学性能测试。实验结果表明,导体铠甲母材与焊缝试样机械性能,均能满足CFETR CS模型线圈超导体设计要求。     

CFETR CS模型线圈NbTi导体的管内压降分析

CICC导体的压降是设计及应用过程中的重要问题。为了研究CFETR CS模型线圈NbTi的管内流体阻力性能,对模型线圈的NbTi导体进行了实验和理论的分析。压降实验采用氮气作为流体工质,测试不同流量下,导体的进出口压降。理论分析采用一种一维模型描述双通道流体,引用电缆区域及中心孔区域的摩擦因数描述流道阻力进行计算,并与测试结果作分析比较,为实际应用中的氦流体在导体中的稳态流动阻力计算提供了一种理论方法。     

CFETR中心螺管模型线圈用超导电缆的绞制研究

超导磁体系统是中国聚变工程实验堆(CFETR)装置的重要组成部分,其超导磁体线圈采用CICC(Cable-In-Conduit Conductors)导体绕制而成。介绍了CFETR中心螺管模型线圈(CSMC)用超导电缆的绞制过程,分析了绞制过程中放线张力和模具设置等因素对结构参数控制及其绞制质量的影响,确定了超导电缆绞制技术方案,成功绞制了一根长度为20m的超导电缆,并根据超导电缆的结构特点,对超导线的损伤进行了分析。     

NbTi超导缆绝缘工艺温度下电阻率的研究

超导线圈绝缘固化可以通过给超导线圈中超导缆通入电流,以超导缆自身产生的焦耳热对线圈加热,得到线圈绝缘工艺所需的温度;同时将CICC导体中Nb Ti超导缆和单根超导线加热到线圈绝缘工艺相关温度,用直流四线法测量Nb Ti超导缆和单根超导线在不同温度下的电阻率,得到在303K~443K温度区间内Nb Ti超导缆和超导线电阻率随温度变化的关系式,并依据超导缆绞缆结构对二者进行折算和对比,确认了超导缆电阻率测量结果的可靠性。根据测得的电阻率-温度关系,可以得到在不同温度下超导缆产生焦耳热的能力,从而为超导线圈绝缘固化温度控制提供了重要的参考依据。     

均匀化模型对CFETR氦冷包层中子学影响研究

在CFETR氦冷固态包层及球床结构的最新概念设计方案中,基于均匀化模型、仅球床均匀化模型与高保真模型分别进行了中子学计算分析.研究了结构均匀化及球床空间自屏效应对包层中子学影响以及小球尺寸对氚增殖比的影响.结果表明,(1)结构均匀化模型对氦冷包层中子学影响较小;(2)随着小球直径的减少,球床空间自屏效应堆氚增殖比的影响...     

CFETR中心螺管模型线圈电源主回路设计

针对CFETR中心螺管模型线圈低温通电实验要求,开展了模型线圈测试电源系统及主回路的初步研究。根据交流测试电流波形,设计了电源主回路的拓扑结构,满足线圈电压1k V、电流47.3k A的参数要求。针对电路结构中的几个关键部件,阐述了四象限变流器的设计及工作原理,计算了换流电阻的阻值大小,并基于绝热模型下线圈的热点温度分析,给出在热点温度T180K、绝缘电压V≤2.5k V条件下移能电阻的阻值选取范围。为后期模型线圈的实验运行和测试电源系统的工程设计提供依据。     

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基于毕奥萨法尔定律计算了中国聚变工程实验堆(CFETR)中心螺线管模型线圈上的磁场、电磁力,采用有限元分析工具ANSYS计算了线圈引线上的Von-Mises应力。基于分析设计对线圈的内应力进行了评定,并进一步研究了大应力区域各种不同类型的应力的分布状况,为后续模型线圈的进一步优化设计和加工制造提供了参考。     

聚变堆超导磁体用SS316LN铠甲低温断裂性能研究

对聚变堆中心螺管(CS)线圈中，铠装电缆导体(CICC)中的SS316LN 不锈钢铠甲在运行状态下的断裂性能进行了测试分析。结果显示SS316LN 疲劳裂纹扩展性能较稳定，断裂韧性在经历冷变形与时效热处理后出现了大幅度衰减。此结果为未来核聚变堆超导线圈的设计与性能分析提供了数据参考。     

CFETR中心螺线管超导模型线圈预紧机构的优化设计及分析

介绍了中国聚变工程实验反应堆(CFETR)中心螺线管(CS)超导模型线圈,其主要包括Nb3Sn线圈、NbTi线圈、预紧机构、缓冲区、接头、接头支撑、冷却氦管和氦管支撑等部件。CS模型线圈预紧机构由15个预紧梁、30根预紧杆和支撑板组成。在室温下对预紧机构施加75MN的预紧力,基于ANSYS的电磁分析及优化设计模块进行了预紧机构优化设计和力学分析。力学分析结果表明,预紧机构满足使用要求。     

EAST PF8线圈氦管结构分析和疲劳试验

为解决EASTPF8线圈氦管在与导体连接的焊缝位置出现的泄漏问题,分析了该氦管的载荷及边界条件,给出了4种载荷组合工况。建立PF8氦管的有限元模型,对4种工况进行了静力学分析。计算结果表明,热载荷和螺管固定支撑板G11变形是焊缝失效的主要原因。在4.5K下对PF8氦管样件进行了疲劳试验,结果表明氦管疲劳寿命超过2×10⁵次,满足使用要求。对PF8氦管进行了修复,使氦管与螺管固定支撑板G11板脱开,避免了额外载荷的作用,满足EAST使用要求。