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。     

EAST超导托卡马克冷屏的结构设计及受热分析

EAST是一个拥有全超导磁体系统的托卡马克实验装置.为有效减少来自真空室和外真空杜瓦的辐射热以及支撑的传导热等各项热负荷,超导纵场磁体和极向场磁体被约80 K的真空室冷屏(内冷屏)和外真空杜瓦冷屏(外冷屏)所包容,从而保证磁体运行的稳定可靠.运用大型有限元分析程序ANSYS和FLUENT,对冷屏的受热状况进行了数值分析,为其结构设计和低温制冷方案的制定提供可靠的理论依据.     

ITER边校正场线圈测试冷屏结构设计与数值模拟北大核心CSCD

针对国际热核聚变实验堆(ITER)边校正场线圈测试过程的重要装置-冷屏进行结构设计、理论计算与数值模拟。选择的冷屏面板材料为6061铝合金;确定的冷却管截面为外方内圆的结构型式,其布置间距为450 mm;采用的为G10复合材料加工而成的多层叠片式柔性结构支撑件。为验证设计合理性,对冷屏各部件进行仿真分析,并通过理论计算得出冷屏表面热负荷大小,最后利用有限元方法对冷屏整体结构传热性能进行数值模拟。结果表明:冷屏部件结构强度满足材料屈服极限;热负荷理论计算结果符合技术要求;冷屏表面温度分布均匀。此设计为后续边校正场线圈测试过程提供了理论参考和技术支撑。     

空调房间室内热环境的三维数值模拟及实验研究

本文通过建立相应的数学物理模型，利用PHOENICS对空调房间的室内热环境进行了数值模拟，得出了空气温度、流速的分布图，并对模拟房间进行了实验测试，对模拟结果与实测结果进行了分析、比较。分析结果表明模拟值与实测值的吻合度很好，这表明所建立的模型是正确的，模拟结果是可信的。     

液环泵喷射器性能的数值模拟研究及实验验证

本文应用CFX软件及k-ε湍流模型,实现了液环真空泵喷射器三维动传热的数值模拟.并分析喷射器内流场的压力分布、马赫数分布和温度分布,了解其内部的复杂流动,利用仿真结果计算出液环真空泵喷射器在不同压力下引射气体流量的变化,并与实验曲线进行对比验证,为优化喷射器结构,实现喷射器与液环真空泵的最佳匹配提供依据.     

抗事故包装箱热防护结构的设计及其性能分析

对抗事故包装箱的火灾环境条件进行了研究 ,初步确定了抗事故包装箱的设计模型 ,提出了一种可用于分析评价抗事故包装箱防火 (或高温 )性能的理论模型 ,并对影响结构热响应的几个关键因素进行了有限元数值模拟     

室内热湿环境的数值模拟与实验的比较研究

CFD作为模拟室内气流流动、温度分布的软件，在暖通领域起着不可或缺的作用，然而因为CFD模拟存在着一定程度的简化以及设置边界条件等原因，因此需要实验验证。本文就是对某学校实验室进行了模拟，并与实验数据进行了比较，最终得出了建立的模型是可靠的结论。     

超高强钢板U形件热成形数值模拟及实验研究

以Pamstamp有限元软件中22MnB5高强钢板的力学及热物理性能数据库为基础,建立了U形件的热冲压成形有限元分析模型,进行了热冲压成形及淬火全部过程的数值模拟分析,根据模拟结果,采用相同的工艺参数对该U形件热冲压成形过程进行了物理实验验证,结果表明:板料在900℃加热炉内加热保温5 min可达到理想的奥氏体状态,在板料加热过程中通氮气将氧气含量控制在10%以内的防氧化措施可明显降低氧化程度,提高工件表面质量,满足该工件的技术要求.     

热管式电子设备散热器的实验及数值模拟研究

用Icepak软件对电子设备散热器的流速场、温度场进行了数值模拟，并将模拟分析值与实验值进行了比较，验证了数值模拟的结果的正确性，显示了Icepak软件在电子产品热设计中应用的优越性和可靠性。     

ITER线圈终端盒真空隔断的结构设计与分析

真空隔断是真空盒体与低温分配管路之间的连接接口。本文主要介绍了真空隔断的结构设计,并应用有限元分析软件ANSYS Workbench建立了真空隔断的三维实体模型,对其进行了热和结构的耦合分析,获得真空隔断故障态时的应力和温度分布以及传导热。分析的结果为真空隔断的研制提供了可靠的理论依据。     

烘烤工况下的ITER中子屏蔽块整体结构分析

中子屏蔽块分布于国际热核聚变实验堆(ITER)超导托卡马克真空室双层壳体内部,由多个组件装配而成,用于屏蔽核聚变产生的中子。在烘烤工况下,承受螺栓预紧力作用的中子屏蔽块受200℃烘烤温度的影响,产生热应力。为校核在烘烤温度下中子屏蔽块的应力强度,本文采用ANSYS软件对其整个装配体进行整体结构分析。分析中将螺栓预紧力导致的模型位移作为边界条件,分预紧力载荷、温度载荷、重力载荷等载荷步进行热-结构耦合分析,分析结果按照ASME评定标准可以表明,中子屏蔽块各组件的最大应力强度在许用应力之内,满足结构强度要求。该分析的类型是典型的多接触高度非线性分析,对模型网格化和接触对设置的质量要求较高,处理不当会导致分析计算不收敛,同时该分析能正确地反映各结构件之间的实际连接关系,避免零件单独分析时用刚性连接代替弹性连接的状况。该分析方法为承受预紧力的复杂模型进行接触和耦合分析提供参考。     

Acoustic emission and disturbances in central solenoid model coil for International Thermonuclear Experimental Reactor

This paper presents acoustic emission (AE) signals induced from the Central Solenoid (CS) model coil of the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) program. Envelopes of the AE signals were quasi-continuously measured with high-time resolution of 100 μs using six multi-channel AE sensors in order to detect the disturbances in the CS model coil during the process of the series of direct current (DC) operations. The AE signals were considered to be originally induced by motion of superconducting cables in cable-in-conduit (CIC) conductors and local motion of the conductors, judging from the close correlation between the AE signals and voltage spikes in the coil, especially during the virgin current operation. The multi-channel measurements provide us with information about the distribution of disturbances that could be detected acoustically by the AE sensors installed at each point of the CS model coil. The observation of AE envelopes with high-time resolution showed that the disturbances at each location of the CS model coil decreased by repeatedly charging-up the coil, judging from instantaneous AE levels, AE energy and the number of AE events. Direct measurements of the number of AE events that were carried out at another point on the coil confirmed that the disturbance dependence on the number of operations was similar to that mentioned above. The transfer function methods using one pair of AE sensors enabled us to analyze changes that might occur in either the coil structure or in the disturbance in frequency region during the repeating of the charging-up processes of the coil.     

ITER装置环向场线圈盒焊接变形调控数值模拟研究

目的 对国际热核聚变装置中环向场线圈盒AU1段的焊接过程进行有限元数值模拟分析,探究焊接坡口类型和焊接工装对侧板焊接角变形的影响。方法 基于ABAQUS有限元计算平台,建立等截面尺寸简化的线圈盒AU1模拟件的有限元模型,通过二次开发移动单元体热源模型实现多层多道焊接模拟。在AU1模拟件的基础上设计对称和非对称的2种焊接坡口,并分析2种坡口结构侧板角变形的大小和规律。通过将防角变形工装抽象为边界条件,实现了该工装的功能,研究了防角变形工装调控焊接角变形的效果。结果 非对称坡口和对称坡口结构产生的侧板角变形规律基本相同,但前者的最终角变形为22.5 mm,大于后者的18.1 mm;在AU1结构焊接过程中,当焊接至约76 mm厚度时,角变形先是变化较快,而后逐渐趋于稳定;在焊接至约76mm厚度之前对焊接工装进行调整,可使焊接厚度为280mm时的侧板角变形由同期的22.7 mm降低至4.0 mm。结论 移动单元体热源模型很好地平衡了计算效率与准确性,使用对称坡口可以获得更小的角变形,对防角变形工装进行及时调整可以大幅度减小侧板的角变形。     

ITER水平诊断窗口冷却回路结构设计与流体分析

水平诊断窗口位于ITER装置主机水平窗口,用于容纳各项等离子体诊断设备,需要满足水冷、电磁和射线屏蔽等功能的技术要求。基于结构可靠性与加工可行性设计了水平诊断窗口冷却回路,并采用FLUENT软件进行传热和流体动力学理论计算,得到了流体流速、压力和温度分布等数值模拟结果。并通过比较和分析,优化了结构设计。保证其冷却回路能够平衡窗口框体在受等离子体辐射热时产生的34 kW热负荷,阻挡等离子体辐射热对内部诊断设备的影响,同时降低了加工难度,为ITER水平诊断窗口插件的最终设计提供依据。     

ITER 10kA高温超导电流引线测试装置低温系统的研究

为ITER CC 10 kA高温超导电流引线服务的低温性能测试装置已研制完成,并成功运行。其低温系统主要由500W/4.5 K氦制冷机,真空杜瓦,低温组件(低温阀门,过冷槽,管道加热器,热防护层),汽化器及低温传输管线等部分组成。本文对真空杜瓦和过冷槽进行设计,并讨论该低温系统的冷却流程方案,最后通过电流引线10 kA稳态实验结果对低温系统的运行效果进行分析,结果表明该低温系统运行稳定,能满足ITER CC电流引线的测试需要。     

基于CFD方法的低温泵热力学设计与数值仿真研究

通过CFD数值仿真的方法对低温泵一级冷阵和二级冷阵降温过程以及稳态平衡过程的热力学情况进行了研究。研究针对低温泵不同的运行工况, 导热柱的设置以及冷屏厚度等因素的影响, 分析了各种情况下低温泵的温度分布情况。同时文章还对低温泵降温过程分别采用稳态物性和变化物性进行计算, 分析物性的定性温度以及低温泵一级冷阵的结构对计算结果的影响。针对DN400低温泵建立测试系统进行降温情况的测试, 通过测试和仿真计算的结果进行对比, 确认了设计和分析方法的有效性, 降温时间的计算误差约为7%。     

Heat Transfer at Mixed Convection in Horizontal Flat Channels of the Vacuum Vessel of the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER)

The results are given of the experimental investigation of the intensity of heat transfer from the flat horizontal surfaces of a model of the vacuum vessel channel of the international thermonuclear experimental reactor (ITER). The channel height is varied from 12 to 50 mm, as well as its heated length (1.02 and 2.48 m). The water flow velocities of 0.0066 to 0.15 m/s correspond to the values of Re $equals; 560 to 16 600. The specific heat flux on the heat-transfer surfaces is 1.3–24.4 kW/m². The examined range of parameters is characterized by a significant temperature stratification of water over the channel height. Generalizing relationships are suggested based on the experimental results.     

均热板散热器的实验研究与数值分析

通过对一款内部具有烧结铜粉柱体作为支撑结构的均热板进行热阻分析研究,并利用商业软件Fluent对均热板进行数值分析,其热源的热流密度在5～23W/cm2间变化,当热流密度达到23W/cm2时,均热板蒸发面热源中心点处的温度接近319K,整个蒸发面的温度分布均匀.而相同条件下尺寸相同的铜板中心温度高达367K,均热板可以解决高热流密度下的散热问题,且均热板受重力影响非常微小,数值模拟和实验结果表明随热流密度升高二者误差将减小.