【摘 要】
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当前世界各国都在积极探索新型替代能源,核聚变能源作为一种理想能源,是当前各国努力追求的目标。聚变能的实现离不开聚变反应堆,中国聚变工程实验堆CFETR(China Fusion Engineering Test Reactor)是我国未来计划实施建造的下一代超导聚变反应堆装置。磁体线圈馈线系统是CFETR的关键组成部分之一,主要用于为主机磁体系统提供电源、液氦冷却以及测量控制与诊断管路,是磁体系统
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当前世界各国都在积极探索新型替代能源,核聚变能源作为一种理想能源,是当前各国努力追求的目标。聚变能的实现离不开聚变反应堆,中国聚变工程实验堆CFETR(China Fusion Engineering Test Reactor)是我国未来计划实施建造的下一代超导聚变反应堆装置。磁体线圈馈线系统是CFETR的关键组成部分之一,主要用于为主机磁体系统提供电源、液氦冷却以及测量控制与诊断管路,是磁体系统安全平稳运行的重要保障。文章主要围绕纵场磁体线圈馈线进行了介绍,针对其不同分段,选取了真空隔断与冷质支撑等关键部件,对它们进行了结构设计与尺寸计算,并运用三维建模软件CATIA、有限元分析软件ANSYS等,对这些部件以及馈线系统整体进行了多场耦合仿真,得到了馈线系统相关部件的温度分布云图、位移云图与应力分布云图等,通过校核应力判据准则,最终确定了相关部件设计的合理性与可靠性。本文分项展开纵场磁体线圈馈线的相关设计,完成的内容主要包括以下三个方面:1.纵场线圈磁体馈线总体设计。针对主机运行时的工作环境与特点,确定了馈线系统的主要设计原则与应力评定标准。对比多种金属与非金属材料的属性数据,为后续材料的选用提供数据基础。对CFETR馈线系统总体结构进行了设计,并完成了馈线系统工作设计流程图,同时对馈线系统几大主要组成部件及功能做了描述,为后续进一步详细设计打下坚实基础。2.馈线系统内关键部件设计。针对馈线系统内减少热损的需求,对真空隔断与冷质支撑进行了详细的优化设计。设计了真空隔断迷宫式腔体结构、绝热冷屏、波纹管等结构,以及冷质支撑筒体、热屏蔽隔板、传热铜片等结构,并分别对两者进行了有限元分析,校核了结构设计的可行性与可靠性。3.纵场磁体线圈馈线系统多场耦合设计。针对单条馈线系统整体,提出对其多场耦合分析的方法,根据多场耦合理论,确定了馈线系统分析过程中的耦合顺序与研究方法,建立了馈线系统热—电磁—结构耦合的分析计算模型。通过有限元分析,校核了馈线系统正常工况下强度的可靠性与位移变形量。图[35]表[11]参[85]
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