核电的发展趋势和走向就是建造和发展核聚变实验反应堆。核聚变的大科学装置中必不可少的就是超导磁体线圈。超导磁体线圈提供强大、稳定的磁场可以极好地约束等离子体,使其运动状态满足要求。由于超导磁体材料的特殊性,它需要在非常低的温度下才能发挥作用。在实际的工作环境中,超导磁体会受到周围环境的热影响,为了使超导磁体温度保持在安全范围内,需要对工作中的超导磁体不断地进行冷却。冷却液就是通过氦管进入并流经磁体表面并对磁体进行冷却工作。正是基于冷却磁体地目的,文章探寻氦管合理的结构和合适的布局方式,并进行分析、实验进行验证,本文的主要内容概括如下;(1)本文首先介绍了能源的发展历程、核聚变的发展和应用、托卡马克装置的历史和发展、ITER计划以及ITER装置的主要结构。其次介绍了本文中参考大科学装置的线圈规格自行设计的一种超导磁体线圈的尺寸、结构。并介绍了氦管的研究现状。(2)根据各方面的机械工程准则与要求,介绍了材料的选择准则及应力判断准则,并参考流阻计算以及设计要求工况条件对氦管的设计进行详尽的说明。氦管的结构采用三段式的设计,即圆管段、过渡段、跑道段。其中变截面的设计可以很好的降低流阻。(3)运用CATIA建模,通过修改结构参数,构造不同尺寸的结构模型,在ANSYS静力学仿真分析模块中施加3MPa管道内壁压力载荷,得出应力、变形量随着修改的结构参数变化的一种变化趋势。将应力、应变的变化趋势与流通面积大小进行比较,判断出圆角矩形长度为12mm的结构更符合要求。在许用应力下,分析得出氦管最高约能承受6MPa的压力载荷。并对氦管进行3MPa压力下的疲劳分析,分析结果表明氦管最少可以承受95316次冲击。对氦管进行77K下的低温疲劳分析,分析结果表明氦管最少可以承受65220次冲击。(4)参考之前已经存在的大科学装置,结合线圈的结构尺寸、发热情况、液氦的冷却能力、流量、压力等因素,确定氦管在整条线圈上的布局采用四进五出的方式,使用压降公式进行计算可得进出口之间的压降约为0.06MPa,是符合要求的。(5)在ANSYS Fluent中,对磁体氦管的整体模型进行简化处理,为了方便分析的进行,对管内磁体的发热功率等边界条件进行定义,进行流体分析。分析结果表明在1.8g/s的流量条件下,1m的氦管温升约为0.01K,那么进出口之间的温升约为0.688K,是符合安全要求的。(6)制造实际的氦管样品,使用实验设备对其进行低温下的疲劳试验。疲劳试验结果表明在77K低温下的疲劳寿命最少为60000次。疲劳试验与之前的疲劳分析形成对照。