北京正负电子对撞机重大改造工程中超导四极磁体传热与流动计算

超导四极(SCQ)磁体是北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ)的关键设备之一。本文对SCQ磁体恒温器进行稳定运行状态下传热和流动计算。计算得到了磁体在低温下的热负荷以及磁体恒温器内各组成部分的温度分布，并在此基础上，提出减小SCQ磁体热负荷的方法。比较计算了SCQ磁体采用超临界和过冷液氦两种冷却方式对磁体稳定运行的影响。     

ITER超导纵场线圈内馈线系统冷却过程分析

国际热核聚变实验堆（ITER）超导纵场线圈内馈线系统位于主机杜瓦内,由18个盒体分别悬挂于相应纵场磁体终端,通过连接件组成多边形环。在装置降温过程中,内馈线与磁体冷却收缩的不同步导致相邻盒体环向端面发生相对位移,这要求连接件具有位移补偿功能。通过对内馈线收缩过程的研究,采用有限元分析法对内馈线稳态及瞬态温度场进行数值模拟,得到内馈线的热负荷值、温度及热应力分布、温度及变形的时间历程曲线,结果证明,内馈线无需主动冷却且热负荷小,热应力对结构强度影响小。研究结果同时为具有补偿功能连接件的设计提供了初步参数。     

PKU-SCAF 1.3GHz超导腔超流氦冷却循环设计及运行温度优化

超导腔的BCS表面电阻是温度的指数函数,降低超导腔工作温度可以减少超导腔的射频功率损失,但同时制冷设备的效率也会急剧降低.本文以北京大学超导加速器实验装置(PKU-SCAF)1.3 GHz的9壳型超导加速腔为例,对1.3 GHz超导腔采用的压力为3.13 kPa的饱和态超流氦冷却循环方案及运行温度进行了分析研究.从提高超流氦冷却系统的制冷系数、降低超导腔的动态损耗出发,通过对5种超流氦冷却循环方案以及超流氦冷却循环的效率和超导腔低温系统的能耗进行数值模拟和分析,得出了适合PKU-SCAF主超导腔的最佳工作温度为1.95K.     

C-ADS注入器Ⅰ超导腔失效补偿模拟研究

可靠性问题是中国加速器驱动核废料嬗变系统(C-ADS)超导强流质子加速器研究的重点和难点之一。本文针对C-ADS直线加速器注入器Ⅰ的超导腔失效问题,基于PLC嵌入式Linux系统和实验物理与工业控制系统(EPICS)进行超导腔失效补偿仿真研究。本研究完成了嵌入式系统开发和数据快速查找,验证了超导腔失效补偿方法的可行性,为下一步实验研究奠定了基础。     

绕制预应力对MICE超导耦合磁体冷质量应力状态的影响

超导耦合螺线管磁体为μ介子离子化冷却实验装置(MICE)中的关键设备,其线圈内径1500mm,长度285mm,采用截面1.65mm×1.00mm的NbTi复合超导线,励磁到210A时,峰值磁场可达7.4T。在降温和励磁过程中,为减小导线窜动而导致失超,线圈绕制过程中需对导线和紧固带施加预应力。本文根据组合筒理论,得出了绕制过程中线圈和紧固带的预应力与冷质量内部应力分量的关系。采用有限元方法对线圈绕制、冷却和励磁3个连续过程进行动态仿真,分别分析了导线和紧固带绕制预应力的变化对冷质量内部各主要应力峰值的影响,得出线圈和紧固带绕制时满足磁体稳定性和结构安全的预应力优化结果,为MICE超导耦合磁体的研制及其他类似大直径、多层的超导螺线管磁体绕制提供理论依据。     

HEPS超导高频腔低温恒温器氮低温制冷循环系统的热力学性能分析

高能同步辐射光源（HEPS）氮低温制冷循环系统为储存环隧道内的7个超导高频腔低温恒温器提供液氮冷量。氮低温制冷循环系统的热力学分析目的是针对HEPS超导高频腔低温恒温器的特点,建立系统的热力学分析模型,研究其工作过程,计算分析系统的制冷系数与循环增压比之间的对应关系。同时,考虑到系统的整体布局,进一步分析计算氮低温制冷循环系统中氮气压缩机和低温透平膨胀机的火用损,优化了系统的热力学设计参数。HEPS氮低温制冷循环系统的热力学性能分析与计算结果对于系统最优化设计和后期工程实践具有一定的指导意义。     

5 MW 低温供热堆挤水器作用的数值分析

用三维CFD软件PHOENICS－3．3计算了取消挤水器后5MW低温供热堆（NHR－5）的稳态及非对称运行瞬态工况。分析研究了挤水器的设置在稳态及非对称瞬态工况下对一回路系统的影响，研究结果表明：设立挤水器对对称稳态工况影响不大，对非对称稳态及瞬态工况有较大影响。     

麦克风效应对CiADS超导腔稳定性影响的仿真分析

加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)对质子超导直线加速器提出了高稳定性要求,在工程设计阶段需对直线加速器的各种不稳定因素,特别是对超导腔的麦克风效应的影响进行评估。基于谐振系统的冲击响应模型,发展了一种离散化的电压迭代求解方法,并利用该方法构建了高频系统仿真程序,用于分析麦克风效应作用下超导腔的时变状态。通过仿真,研究了麦克风效应对腔体幅相稳定性的影响及与超导腔的谐振频率、Q值和带宽等参数的关系。结果表明,麦克风效应主要影响超导腔的相位稳定,其影响程度取决于麦克风振荡频率与腔的谐振频率、频率偏移量与腔体半带宽的比值。给出了满足CiADS直线加速器超导腔幅相稳定性指标(0.1%和0.1°)的麦克风振荡强度限值。     

铅铋冷却的加速器驱动的次临界堆的燃耗分析

对热功率800MW,加速器质子能量600MeV的铅铋合金冷却的加速器驱动的次临界系统进行了物理特性上的研究和堆芯设计。利用清华大学核研院自主开发的耦合MCNPX2.1.5和ORIGEN2.1的三维燃耗程序COUPLE 2进行计算分析。研究了不同的栅径比以及次锕系核素(MA)的含量对反应性和燃耗过程的影响。综合考虑keff变化、安全性以及嬗变效果等因素,选取合适的栅径比以及MA含量,建立一套物理上初步可行的铅铋冷加速器驱动的次临界方案。     

模块式小型堆非能动堆芯冷却相关系统的联合仿真分析

本文采用Flowmaster软件,针对多用途模块式小型堆(ACP100)的非能动堆芯冷却相关系统,包括非能动堆芯冷却系统(PXS系统)、反应堆冷却剂系统(RCS系统)和自动卸压系统(RDP系统)开展联合仿真分析,建立了系统主要设备(包括堆芯补水箱、蓄压箱、内置换料水箱、RDP系统控制阀、RCS系统主回路、相连管道及其阀门等)的物理模型,分析了非能动堆芯冷却相关系统在小破口(LOCA)事故工况下堆芯安全注入的流量和压力的瞬态变化特性,以验证现有系统的设计满足安全相关的设计要求。     

EAST低温系统主运行模式的控制流程设计与分析

EAST托卡马克核聚变实验装置是世界上从事核聚变研究的先进科学设备。EAST低温系统是该装置的主要子系统之一,其相应DCS控制系统具有很高的稳定性和可扩展性,各部分的控制相互独立、并行执行。本文详细介绍和分析了EAST低温控制系统及在正常降温、稳态和失超模式下的控制流程设计。