高熵合金凝固用高精度低温超导磁体的研制

根据高熵合金凝固用高精度低温超导磁体的技术要求,研制1套磁场可达10 T,室温直径为100 mm的高精度传导冷却超导磁体。该超导磁体由1组Nb3Sn和4组Nb Ti线圈组成,同时设计并制造了直径650 mm、高612 mm的杜瓦。为降低磁体运行过程中漏热,采用1对150 A高温超导电流引线为磁体供电。磁体总质量388 kg,通过1台1.5 W@4.2 K的G-M制冷机作为冷源,经过62 h,将超导磁体冷却至2.92 K,磁体正常运行电流119.95 A,工作磁场10.001 T,励磁过程中未发生失超,运行稳定。同时,对强磁场下高熵合金的凝固进行实验研究,详细介绍了该超导磁体装置的设计、制造和测试过程。     

35 kJ高温超导磁储能(SMES)的热输运实验研究

研制了中国首台高温超导磁储能直接冷却系统,该系统不使用低温液体(液氦、液氮).在10-3Pa的真空度下,高温超导磁体线圈由1台单级GM制冷机从室温293 K冷却到19 K,Bi2223电流引线由另一台制冷机冷却到77 K以下.整个系统在通140 A直流电流的时候产生了4.5 T的磁场.系统连续运行480 h(20 d),磁体和低温系统各参数动态特性良好.实验研究表明,控制系统的漏热,优化磁体内部导冷结构,有效减少热传导部件的接触界面热阻是制冷机直接冷却高温超导磁体的关键技术.     

高温超导SMES磁体直接冷却的热分析

用G-M制冷机(5W/20K)将Bi2223带材绕制的SMES超导磁体,在10-3Pa真空度下,从常温300K左右冷却到25K,得到了磁体冷却过程速率和磁体温度分布.在实验研究超导磁体降温特性的基础上,对SMES磁体的冷却过程进行了热分析,实验研究表明为使超导磁体有效地冷却和稳定运行,除了减小磁体漏热和其内部发热,有效控制热传导部件间的接触界面热阻是高温超导直接冷却磁储能装置研发应用中的关键技术问题.     

ITER极向场线圈过渡馈线冷屏的结构优化与传热耦合分析

国际热核聚变实验堆磁体馈线系统是连接杜瓦内部的磁体线圈和杜瓦外部之间的冷源、电源以及控制系统的重要通道,其主要作用是为磁体线圈供电、冷却和测量控制诊断。本文通过理论传热计算、利用有限元分析软件ANSYS进行热分析和温度-结构耦合分析,对处于特殊低温与真空环境的辐射冷屏进行了结构优化,保证了系统的安全运行,为降低冷屏热应力和4.5 K温区的热负荷、减小整个系统的热漏指明了方向,为下一轮冷屏结构设计提供了可靠的依据。     

传导冷却型低温超导磁体系统的设计与实验

采用4.2 K级小型低温制冷机作为冷源,可以将低温超导磁体冷却至5 K以下,使得超导磁体处在临界温度以下,从而实现无电阻运行。采用传导冷却的形式冷却超导磁体,具有系统结构简单等优点。讲述了一套采用单台1.5 W@4.2 K的制冷机作为冷源的低温超导磁体系统,其中超导磁体由三组线圈对组成,使用Nb Ti线绕制。系统自常温开机运行,约60 h后,超导磁体降温至4K,进入超导状态,可进行加电实验。当电流加载至70 A后,中心磁场强度达到4.26 T,达到设计要求。     

国际热核聚变反应堆馈线系统线圈终端盒冷屏热性能分析及实验研究

线圈终端盒是保证国际热核聚变实验堆装置可靠运行的关键部件之一,为磁体系统与低温车间、电源大厅、数据采集系统和低温控制元件提供4.5K的超低温工作环境。线圈终端盒内设有80K冷屏,以吸收室温环境对其内部工作空间带来的辐射热负荷。本文首先根据传热学原理对线圈终端盒冷屏热性能进行理论分析,确定了冷屏的结构型式,然后再对线圈终端盒冷屏结构建模,利用有限元流固体耦合分析软件FLUENT进行了数值模拟仿真分析,最后以设计分析结果为依据制作1∶1线圈终端盒整体实验系统进行实验验证,并对实验数据和数值模拟结果进行了分析比较,结果非常吻合,为下一轮冷屏结构的设计及大规模生产提供了可靠的依据。     

超导HWR腔垂直测试低温系统试验研究

中国科学院先导科技专项ADS(Accelerator Driven Suberitical,ADS)嬗变系统中超导HWR(half-wave resonator,HWR)腔垂直测试需低温系统维持4.2 K(液氦)的低温环境,低温系统降温过程包括氮气置换、液氮预冷、氦气置换和液氦冷却。通过实验建立了低温系统降温4个阶段不同测点温度随时间的变化规律,在此基础上,计算了液氦的消耗速率和杜瓦的静态热负荷,分析了低温系统在稳定工作状态时最佳的液氦补液时间间隔。结果表明:该低温系统满足超导HWR腔垂直测试需求,消耗液氮约175 kg、液氦约2 048 L,低温系统稳定工作时液氦体积消耗速率为32 L/h,杜瓦静态热负荷为21.36 W,液氦合理补液时间间隔为4 h,为后续超导HWR腔垂直测试提供了保障。     

40 T混合磁体冷屏热分析及测试

由中国科学院强磁场科学中心承建的40 T混合磁体装置由外超导磁体与内水冷磁体组成,在超导磁体杜瓦与超导线圈之间设置液氮冷屏。介绍了冷屏结构及冷却流程,并对冷屏热负荷进行了理论计算。对冷屏进行了降温测试,高场下稳定性测试及冷屏热负荷的测定。测试结果表明,冷屏满足降温要求,并可在高场下工作。就冷屏测试结果进行了分析,分析结果可用于冷屏设计及冷屏热负荷计算。     

HT-7U纵场磁体的真空压力浸渍

主要通过模拟匝间流动试验、短样试验和长样试验等 ,探求低温超导托卡马克HT 7U中纵场磁体线圈的绝缘层真空压力浸渍的工艺参数 ,确定工艺流程 ,并以模型线圈试验的电性能和液氦温度下的力学性能来验证工艺参数及工艺流程的可靠性。     

基于小型NbTi超导磁体虹吸冷却方案的模拟研究

环形正负电子对撞机CEPC(Circular Electron-Positron Collider)的探测器超导磁体位于对撞区,其低温系统拟采用液氦虹吸冷却方案.基于一个小型超导磁体(室温孔Φ100 mm,长度500 mm)设计了相应的虹吸冷却系统.针对不同的冷却管直径和液氦充注率进行仿真模拟,结果表明:冷却管直径为8...     

基于液氮冷源超导磁体氦气循环预冷系统设计

为了提高超导磁体300-80 K预冷过程中的降温效率和安全性,开发了一种新的预冷方法.设计了一台以液氮为冷源、氦气为循环介质的可控温预冷装置,对其内部结构进行了优化设计,包括低温风机、板式换热器、气动调节阀、翅片换热器等主要组成部分,整个装置与磁体构成一个闭合循环系统.在预冷装置的作用下,该超导磁体从300 K到80 ...     

TU—7U纵场磁体的真空压力浸渍

主要通过模拟匝间流动试验、短样试验和长样试验等，探求低温超导托卡马克HT-7U中纵场磁体线圈的绝缘层真空压力浸渍的工艺参数，确定工艺流程，并以模型线圈试验的电性能和液氦温度下的力学性能来验证工艺参数及工艺流程的可靠性。     

一种无液氦超导磁体在运输状态下的结构稳定性分析

就无液氦超导磁体在高速公路运输条件下的需要进行了结构稳定性分析:超导磁体主要由4 K线圈、40 K冷屏及300 K室温腔体等部分组成,为验证其在运输过程中的结构稳定性,进行了数值计算和振动特性实验研究。在相同条件下,数值计算结果与实验数据进行了比较,结果显示数值计算得到4 K与300 K之间的位置变化与实验测量获得的数据符合较好;对数据结果进行分析得到,说明基于现有悬挂结构的无液氦超导磁体在高速公路运输过程中安全可靠。     

高温超导(HTS)应用进展4则

核磁共振21.6T磁体日本筑波磁体实验室(TML)在持久模式下运行了920MHz核磁共振(NMR)磁体,磁场21.6T,孔径54mm,这是至今超导磁体持久运行磁场的最高记录,该磁体外部为NbTi线圈(导体总重3444kg),内有几个Nb3Sn磁体(导体总重1382kg).作为正在进行的1GHz NMR磁体项目的部件,计划2002年1月在其中装入BSCCO-2212内插线圈,考虑到眼下HTS磁体磁场的衰减太大不利于核磁共振分析用,故该磁体尚不采用持久运行模式,估计用了该Bi2212磁体可使磁场达到23.5T(1GHz).据报道,完成高温超导试验后,NMR系统中就要用该磁体,与物理和化学研究所合作,进行蛋白质立体分析,弄清其结构和组成,以开发新药.     

环形正负电子对撞机大型探测器超导磁体虹吸实验初步研究

对环形正负电子对撞机大型探测器超导磁体拟采用的低温虹吸实验进行了研究,通过液氮虹吸实验发现了倾斜角度对虹吸换热效果的影响。热虹吸管在15°时换热效果最佳(最大换热温差在4 K内),倾角增大,热虹吸管冷热端温差逐渐增大。对液氦虹吸实验装置进行设计和搭建,并进行了初步探索,研究发现蒸发侧热负荷为0.5 W时,管路换热温差为1.2 K,且装置本体漏热为0.5 W。     

EAST超导托卡马克热负荷波动对低温系统液氦槽的影响

EAST超导托卡马克的纵场和极向场磁体均采用NbTi超导材料,由3.8 K超临界氦冷却.在托卡马克实验运行时,极向场的放电脉冲和等离子体破裂产生的交流损耗带来的热负荷增加,经过超临界氦流带到低温系统控制阀箱内的液氦槽和过冷槽,造成槽内的液氦蒸发量增加.蒸发的氦回到制冷机中,从而影响制冷机的稳定运行.通过对实际超临界管道和液氦槽、过冷槽中换热过程建立换热模型,进行热工分析,分析液氦槽和过冷槽中的压力等参数的变化,指导低温系统的设计.     

基于DCS的EAST低温系统预冷过程自动控制

为避免热应力对EAST托卡马克装置的损坏,超导磁体与冷屏的300-80 K预冷过程需要严格控制降温温差;同时低温系统还需提供合适的流量与压降,以保证各冷质部件同步快速降温.通过低温控制流程分析,明确了预冷控制回路与控制需求,设计了预冷操作模式及其顺序控制流程.针对预冷过程中温差-压降耦合问题,设计了分阶段的解耦控制方案...     

一种用于冲击压缩实验的液氦温度低温靶

介绍了研制的一种液氦温度低温靶靶体。该靶体具有独立真空夹层与气冷屏,采用连续流减压降温的液氦制冷方式,在约100 Pa真空环境下,获得了稳定的4.2 K制冷温度。它可以用于氦等气体样品的冲击压缩实验。     

1.8K常压超流氦低温系统的设计与分析

中国科学院等离子体物理研究所ITER CC导体测试装置背景超导磁体,由4.2 K液氦浸泡冷却,能够提供7 T背景场,为了满足超导导体测试需要更大背景场(10 T)的要求,将采用1.8 K超流氦浸泡冷却。针对该测试装置的低温系统设计了一种1.8 K常压超流氦低温系统,给出了该系统的关键组成部分并对获取1.8 K常压超流氦的流程进行了分析。针对预冷与节流相结合获取1.75 K超流氦方案进行了分析和计算,同时针对此方案给出了其物理过程的T-s图,计算了1.75 K超流氦液体得率。     

小口径低温文丘里流量计流动性能的数值分析

为了获得能在液氦温区下使用的高性能小口径文丘里流量计,使用CFD软件对处于4.5K低温环境的10 mm文丘里流量计的流动特性进行数值模拟和分析.主要分析了一种正在实验中的文丘里流量计流动性能随雷诺数的变化以及文丘里流量计流出系数C和压损比ξ随喉径比β、收缩角度α的变化.研究结果标明:小口径低温文丘里流量计的流出系数与其...