圆柱型感应式钠电磁泵自然对流下的三维温度场仿真研究

钠电磁泵国产化设计研发对钠冷快堆电站具有重要意义,而电磁泵运行过程中产生的热量会严重影响其安全运行。因此,电磁泵温度场的分析研究对其设计、制造及运行监测十分重要。本文以流量为10 m~3/h,扬程为0.5 MPa的圆柱型钠电磁泵为研究对象建立三维模型,并基于有限元计算分析方法,对电磁泵在不同负荷和工况下进行三维温度场的计算和分析。计算结果显示,影响电磁泵绕组线圈散热的主要热源为泵沟内部高温钠的导热,电磁泵绕组线圈在电流为30 A的工况下,最高温度约为493.4 K(220.4℃),接近其设计限值513 K(240℃)。同时,本文通过采用更高绝热系数隔热材料,减少高温钠热量的径向传递,有效地降低了电磁泵绕组线圈的温度,使其最高温度降至468.1 K(195.1℃),满足长期安全运行的要求。最后通过试验数据验证了仿真计算模型与计算结果的准确性。     

控制棒驱动机构电流响应特性分析

控制棒驱动机构的提升与下插动作需要钩爪部件与3个电磁线圈配合完成,对线圈电流的动态响应过程要求较为严格。采用Simulink软件搭建控制棒驱动机构棒控系统与线圈部件的等效回路,计算分析控制棒驱动机构线圈电阻、电感、端电压等因素对线圈电流响应时间的影响;采用电磁分析软件MAGNET对移动线圈中电流的变化过程进行仿真分析。最终得到控制棒驱动机构线圈电流响应时间与线圈端电压、线圈等效电感、电阻以及棒控回路形式的关系。     

基于多学科协同仿真的控制棒驱动机构动力学分析研究

控制棒驱动机构(CRDM)动作过程的计算分析一般涉及多体动力学、电磁学、流体力学等多个学科,并且动作过程中各学科分析所需的输入与彼此计算分析获得结果相互影响,导致动力分析较为困难。使用软件Adams建立了多体动力学模型,使用AnsysMagnetic建立了电磁分析模型,使用AnsysFlotran建立了水阻分析模型,在MatlabSimulink中搭建了CRDM动力学仿真系统,将多体动力学模型、电磁分析模型、水阻分析模型联接,进行协同仿真,仿真获得提升线圈开始通电到提升衔铁碰撞隔磁片的时间为115 ms,CRDM样机试验获得的提升衔铁动作时间为125 ms,仿真结果与试验数据相近,误差为8%。     

小型NaK热真空电磁泵热控措施影响分析

热真空电磁泵是一种在热真空环境条件下使用的高温电磁泵,换热途径的缺失使得设备整体温度很高,高温会使结构和功能材料的性能剧烈下降。本文采用数值计算方法对中国原子能科学研究院研制的小型NaK热真空电磁泵内构件温度分布进行了计算。结果表明：在泵沟外壁采用真空隔热屏、气密腔室内外壁喷涂黑体涂层的热控措施行之有效,降低了设备内构件尤其是励磁线圈的温度,提高了设备的使用寿命。     

小型NaK热真空电磁泵热控措施影响分析

热真空电磁泵是一种在热真空环境条件下使用的高温电磁泵,换热途径的缺失使得设备整体温度很高,高温会使结构和功能材料的性能剧烈下降。本文采用数值计算方法对中国原子能科学研究院研制的小型NaK热真空电磁泵内构件温度分布进行了计算。结果表明:在泵沟外壁采用真空隔热屏、气密腔室内外壁喷涂黑体涂层的热控措施行之有效,降低了设备内构件尤其是励磁线圈的温度,提高了设备的使用寿命。     

井间电磁测井响应建模与仿真

根据电磁场基本理论,假设井下非均匀介质为关于发射井轴对称的柱状分层介质,推导了发射线圈通以交变电流时,井间磁偶极电磁测井模型的频域电磁场响应一般表达式。为井间电磁测井的正演计算和反演解释提供了理论依据。分析了井眼泥浆电导率和套管磁导率参数对井间电磁测井响应的影响,仿真结果表明,井眼中泥浆电导率的变化对电磁测井响应的影响极小,因此,井间电磁测井数据处理时没有必要进行泥浆影响校正。不同磁导率金属套管的电磁测井响应分析表明,井间电磁测井中,采用非磁性或弱磁性套管要优于一般的铁磁性套管。讨论了井间电磁测井对地层电导率变化的灵敏程度,计算结果表明,井间电磁测井响应可以灵敏地识别地层电阻率变化,证明了过套管电磁测井技术用于油气资源勘探的可行性和有效性。     

直线电机型反应堆控制棒驱动机构电磁结构设计研究

电磁结构设计是电磁型反应堆控制棒驱动机构设计的核心环节。本文提出了一种适用于控制棒驱动机构的圆筒型直线电动机。首先,描述了该类电机的基本电磁结构,其次,采用解析计算的方法,推导了可行的极槽数配合,分析了一种新型集中绕组结构。然后,采用二维有限元的方法,对极槽配合、绕组结构形式和电磁结构尺寸等影响机构性能指标的关键因素进行了深入研究,并基于研究成果开展了电磁结构详细设计和试验验证等工作。试验结果表明,直线电机型控制棒驱动机构电磁结构设计合理,可按照控制指令实现提升、下插、保持和落棒等基本功能,提升力、跟随特性和落棒性能等技术指标均可满足设计要求。      

HL-2A装置多极场电源初步设计

HL-2A装置的偏滤器需要4套电源为其负载线圈即多极场线圈供电,其目的是要产生出位于孔栏半径内的磁分界面,并保持其位形的稳定。根据装置的技术要求和运行指标,多极场电源在初步设计中确定了各电源的主电路接线型式,计算了主回路的基本参数,并用电磁暂态计算程序EMTP对多极场电源等效电路进行了模拟计算,给出了多极场线圈的电流波形及电源的功率能耗曲线。此外,对系统的逻辑控制、事故保护、参数测量进行了初步设计。     

线圈终端盒的改进设计与分析

为满足美国GA公司中心螺线管线圈模型CSM低温电性能测试的需要,基于ITER馈线系统的设计,对线圈终端盒壳体进行了修改设计。采用直立圆筒结构代替横卧立方体结构,优化了壳体安装工艺,提高了空间利用率。在此基础上,对线圈终端盒内部其他部件进行了相应的改进设计,最终实现了线圈终端盒的功能。利用大型有限元分析软件ANSYS对线圈终端盒壳体作弹性应力分析、屈曲分析及地震分析,并将屈曲分析结果与理论计算结果进行了对比。计算分析结果表明,直立圆筒结构形式的线圈终端盒设计合理可靠。     

基于ANSYS的冷坩埚感应线圈设计及电磁分析

冷坩埚玻璃固化技术是目前最新一代的高放废液玻璃固化工艺。感应线圈是冷坩埚熔炉的关键部件之一,其设计合理与否直接关系到冷坩埚能否顺利运行。目前世界各国的冷坩埚装置对感应线圈的截面形状、匝数、匝间距等参数采取过不同的设计,对这些设计参数进行计算分析对指导我国冷坩埚研制具有重要意义。本工作基于ANSYS软件对感应线圈的电磁场进行有限元分析,结果表明,加载高频交变电流的感应线圈的电磁场具有以下分布规律：高频电流表现出集肤效应和邻近效应,电流集中于线圈表面,电流密度峰值出现在线圈的最上端和最下端;磁通密度轴向分量（B_y）在径向上由线圈内边缘附近向线圈包围的中心区衰减,纵向上与电流密度的分布类似,B_y在线圈上下两端处出现峰值,在线圈高度覆盖的范围之外,磁通密度迅速衰减。本工作进一步结合法国阿海珐公司、美国爱达荷实验室和印度巴巴哈原子能中心的冷坩埚的感应线圈设计方式,建立了不同截面形状、匝数和匝间距的感应线圈模型,经过计算发现矩形截面线圈的磁场分布均匀性要优于圆形截面线圈;在感应线圈总高度相同的前提下,匝数的变化对线圈的磁场分布几乎没有影响;匝间距的增加会降低径向和纵向的磁通密度及其均匀性。综上,建议感应线圈采用密绕型矩形截面设计,匝间距设计为2.5~5 mm。     

100MeV强流质子回旋加速器主磁铁电磁力的数值模拟

本工作研究计算中国原子能科学研究院目前正在设计、建造中的100MeV强流质子回旋加速器CYCIAE-100主磁铁电磁力。计算中选用虚位移法和麦克斯韦应力张量法两种方法。在利用电磁场三维有限元分析程序计算得到紧凑型等时性回旋加速器主磁铁电磁场的基础上,先采用虚位移法估算电磁吸力,然后基于麦克斯韦应力张量法在MATLAB环境下编写数值计算程序,详细研究磁极和磁轭受到的电磁吸力。两种方法的计算结果接近。计算得到的主磁铁磁极间吸力大于磁极与盖板间吸力,二者之差由磁极和盖板间的螺栓承担。电磁力的计算结果为主磁铁结构变形计算和结构方案选取提供了依据。     

CARR控制棒驱动机构试验样机电磁力研究

为获得中国先进研究堆(CARR)控制棒驱动机构电磁力及电磁场分布,对控制棒驱动机构进行了受力分析,设计制造CARR控制棒驱动机构试验样机。在试验样机上进行了电磁力试验,使用有限元分析软件Ansoft Maxwell对试验样机电磁场及电磁力分布进行仿真分析,计算得到了试验样机磁感应强度分布曲线和电磁力分布数据,以及永磁体磁场对电磁场的影响和结构参数对电磁力的影响。仿真结果与试验值符合较好,研究结果为CARR控制棒驱动机构电磁力研究和同类型控制棒驱动机构设计提供了参考。     

EASTICRF天线电流带电磁分析

为了实现EAST托卡马克1000s以上的稳态先进模式运行的最终物理目标,两电流带双环共振(RDL)离子回旋共振（ICRF）天线被选择用来加热,电流带是ICRF天线关键部件,它通过近场区的耦合把能量传输到等离子体中。本文通过有限元方法对电流带在等离子体破裂和等离子体垂直位移事件两种工况下进行了电磁计算,给出了电流带感应电流密度大小分布情况、磁感应强度大小分布情况以及电流带所受的电磁力。利用电流带所受的电磁力作为载荷对电流带进行了结构分析,分析结果为验证电流带结构的可行性提供理论依据,分析方法对未来更高功率的ICRF天线电流带进行电磁分析具有一定的借鉴价值。     

Electromagnetic Analyses of ITER Lower ELM Right Bottom Corner

ELM(edge localized mode) coils are key components of ITER that suppress the edge localized mode phenomenon. A giant electromagnetic force is generated during normal operations by the current flowing in the ELM coils interacting with the external background field. The Lorentz force will induce Tresca stress in the ELM coils. If the load goes beyond the allowable threshold, the coils can hardly satisfy the safety requirements. The right-hand bottom corner was chosen to perform our electromagnetic analyses. Based on the Maxwell equation, the detailed magnetic field and Lorentz force were calculated. By use of the finite element software ANSYS,the Tresca stress was extracted and evaluated based on our analytical design. The present analysis aims to verify the feasibility of the current design. It can also serve as guidance for fabrication and structural optimization.     

Calculation and Optimization of ITER Upper VS Feeder Under an Electromagnetic Load

The upper vertical stability (VS) feeder is a part connected to the upper VS coil by a welding joint.The function of the feeder is to transfer current and coolant water to the VS coil.A giant electroma...     

Numerical analysis of MD events and preliminary thermal calculation for KTX vacuum vessel

KTX is a new reversed field pinch (RFP) magnetic confinement device which is under design in ASIPP and USTC. Major disruption (MD) events may occur in future operating process, which is simulated with the finite element (FE) method. The results present that the peaks of eddy currents on vessel and conductor shell are respectively 11.791 kA and 68.637 kA with maximum stress 67.1 MPa due to high transient electromagnetic (EM) force. It is confirmed that the structure is still strong enough to bear the electromagnetic loads even if the worst case. Besides, as KTX vacuum vessel will take the method of natural cooling for heat dissipation during plasma discharge (0.5–1.0 MA), a preliminary thermal calculation was implemented in normal condition to decide suitable time parameters such as duration and interval. It is suggested that the discharge interval should be no less than 5 min for the complete 1 MA plasma with 100 ms duration, which can guarantee the temperature of vacuum vessel below 200 °C.     

控制棒驱动机构用电磁轴承本体电磁结构设计研究

电磁结构设计是控制棒驱动机构用电磁轴承本体设计的核心环节。为了获得合理的电磁结构,针对不同磁通分布形式进行了电磁结构选型,建立了用于电磁分析的解析模型和有限元模型;然后采用有限元仿真分析的方法确定了电磁轴承的工作点,并对电流刚度和位移刚度等电磁轴承关键性能参数进行了深入分析研究;最后采用有限元仿真分析结果与解析计算结果对比的方式进行了互算验证。验证结果表明,控制棒驱动机构用电磁轴承本体电磁结构设计合理,各项性能指标均可满足设计要求。      

Electromagnetic and structural analyses of the vacuum vessel and plasma facing components for EAST

During plasma disruptions, time-varying eddy currents are induced in the vacuum vessel (VV) and Plasma Facing Components (PFCs) of EAST. Additionally, halo currents flow partly through these structures during the vertical displacement events (VDEs). Under the high magnetic field circumstances, the resulting electromagnetic forces (EMFs) and torques are large. In this paper, eddy currents and EMFs on EAST VV, PFCs and their supports are calculated by analytical and numerical methods. ANSYS software is employed to evaluate eddy currents on VV, PFCs and their structural responses. To learn the electromagnetic and structural response of the whole structure more accurately, a detailed finite element model is established. The two most dangerous scenarios, major disruptions and downward VDEs, are examined. It is found that distribution patterns of eddy currents for various PFCs differ greatly, therefore resulting in different EMFs and torques. It can be seen that for certain PFCs the transient reaction force are severe. Results obtained here may set up a preliminary foundation for the future dynamic response research of EAST VV and PFCs which will provide a theoretical basis for the future engineering design of tokamak devices.     

Numerical Simulation of Main Magnet Electromagnetic Force and Deformation for CYCIAE-100 Project

The achievement of magnetic field plays a crucial part in the design of CYCIAE-100 cyclotron, which is assumed to satisfy various beam dynamics requirements. In the compact cyclotron, magnet deformation caused by gravity, electromagnetic force and atmospheric pressure, impacts the distribution of the field on the middle plane and the space nearby. If the deformation caused by gravity and electromagnetic force is small enough, the field change can be compensated in the field mapping and shimming phase. Otherwise,     

高温气冷堆备用停堆系统电磁铁驱动机构初步研究

介绍了高温气冷堆备用停堆系统及其可选的驱动机构,分析了电磁铁驱动机构的工作原理和设计要求,并通过经验公式方法和专业软件来计算电磁铁线圈参数,利用模型实验检验两种计算方法的可靠性.通过软件数值计算方法得出了满足电磁铁吸力要求的线圈安匝数,并获得了启动过程的吸力特性曲线.