發(fā)布時間：2020-04-12 03:55

【摘要】：等離子的垂直穩(wěn)定性對托卡馬克的穩(wěn)態(tài)運行、工作性能非常重要。國際熱核聚變實驗堆(ITER)通過三種線圈系統(tǒng)：極向場線圈、中心螺線管、真空室內(nèi)部線圈(IVC)實現(xiàn)對等離子體垂直位置的控制。ITER下部垂直穩(wěn)定性線圈是IVC系統(tǒng)的一部分,它和上部垂直穩(wěn)定性線圈組成“馬鞍狀”反向串接結(jié)構(gòu),共同維持等離子體的垂直穩(wěn)定性。由于真空室內(nèi)的特殊環(huán)境,位于其內(nèi)的線圈必須承受強(qiáng)磁場、高溫、中子輻射等惡劣載荷。因此,ITER垂直穩(wěn)定性線圈的結(jié)構(gòu)性能評估顯得格外重要。本文借助于ANSYS有限元分析軟件,依次從電磁、熱、結(jié)構(gòu)三個方面對ITER下部垂直穩(wěn)定性線圈的環(huán)形線圈主體、饋線(feeder)及其引出部分(break-out)進(jìn)行了分析。其中電磁分析使用了等離子體放電歷程中具有最強(qiáng)背景磁場的載荷工況：End-of-Burn (EOB),以得出保守的電磁力作為結(jié)構(gòu)分析的輸入載荷；熱分析計入了歐姆熱、中子核熱、冷卻對流、傳導(dǎo)、輻射等熱載荷,得出了線圈滿負(fù)載、穩(wěn)態(tài)運行時各工況的溫度分布,為熱應(yīng)力的計算奠定基礎(chǔ)；結(jié)構(gòu)分析則以電磁分析所得電磁力、熱分析所得溫度分布導(dǎo)入作為載荷,同時計入自重、冷卻水壓等其他載荷和邊界條件,對線圈的靜態(tài)、疲勞應(yīng)力做了評估。由結(jié)構(gòu)分析結(jié)果可知,ITER下部垂直穩(wěn)定性線圈在脊梁(spine)切槽拐角、導(dǎo)體外殼(jacket)與固位夾鉗(clamp)界面、break-out及feeder等位置出現(xiàn)應(yīng)力過大甚至嚴(yán)重集中的問題。為解決線圈的以上應(yīng)力問題,本文從多方位出發(fā)提出了線圈的優(yōu)化設(shè)計方案,并通過分析計算驗證了各種方案對其結(jié)構(gòu)性能的改善效果。其中包括了：spine切槽倒角、切槽深度對應(yīng)力的改善分析；clamp縱向分布、橫向結(jié)構(gòu)及接觸狀態(tài)對應(yīng)力的影響研究；額外金屬塊對break-out的奇點消除方案；支撐分布、金屬套筒對feeder剛度的改善研究等。在多種可行的優(yōu)化方案相互配合下,線圈對應(yīng)組件的優(yōu)化效果十分明顯,最終降至設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TL631.24

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 楊洪;宋云濤;王忠偉;;Thermal and Hydraulic Analysis of the ITER Upper Vertical Stabilization Coil[J];Plasma Science and Technology;2014年07期

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本文編號：2624241