國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（International Thermonuclear Experimental Reactor，簡稱ITER）的目標(biāo)是通過國際合作，研制一個(gè)可自持燃燒的托卡馬克可控聚變?cè)囼?yàn)堆裝置，為和平、安全利用聚變能進(jìn)行科學(xué)探索和研究。ITER過渡饋線（CryostatFeed-Through，簡稱CFT）作為饋線系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，是核聚變裝置的關(guān)鍵部件之一。因此，對(duì)過渡饋線及其關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究是十分必要的。 本文對(duì)過渡饋線和國內(nèi)外主要托卡馬克裝置冷屏的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了廣泛的調(diào)研，參照ITER總體設(shè)計(jì)的相關(guān)文檔，制定了過渡饋線的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、材料選擇原則等。針對(duì)CFT冷屏結(jié)構(gòu)復(fù)雜和有多場作用的特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行了熱、電磁以及耦合分析和實(shí)驗(yàn)研究。完成的主要研究工作和成果如下： （1）針對(duì)CFT冷屏的設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用電磁學(xué)理論、熱力學(xué)理論、耦合分析理論、有限元理論、計(jì)算機(jī)輔助工程、機(jī)械設(shè)計(jì)等學(xué)科知識(shí)，建立了考慮多場耦合分析、加工制造和實(shí)驗(yàn)的冷屏設(shè)計(jì)方法。通過熱學(xué)實(shí)驗(yàn)，對(duì)冷屏的熱分析進(jìn)行了驗(yàn)證。 （2）綜合運(yùn)用公式計(jì)算和有限元仿真對(duì)CFT冷屏各個(gè)參數(shù)作了詳細(xì)的設(shè)計(jì)與分析，通過對(duì)比分析各個(gè)設(shè)計(jì)方案，最終確立了CFT冷屏的各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)。對(duì)冷屏的焊接方式進(jìn)行了篩選，通過焊接實(shí)驗(yàn)，確定了冷屏冷卻管的焊接方案。 （3）對(duì)于CFT冷屏的電磁分析，提出了解析法與有限元法相結(jié)合的分析方法。分別通過這兩種方法計(jì)算得到了冷屏上磁場分布、渦流分布等一系列的電磁分析數(shù)據(jù)，對(duì)比了兩種方法的計(jì)算結(jié)果，較為接近的計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了計(jì)算方法的可行性和計(jì)算結(jié)果的正確性。 （4）針對(duì)CFT冷屏的熱分析，詳細(xì)闡述了CFT冷屏的熱源以及傳熱方式，理論計(jì)算出了輻射熱流密度和對(duì)流換熱系數(shù)等參數(shù)。將電磁分析中得到的焦耳熱作為熱源計(jì)入熱分析中，完成了CFT冷屏的電磁—熱局部耦合分析。 （5）將多場耦合的分析理論引入到CFT冷屏的分析中，制定了CFT冷屏的多場耦合分析方法。在電磁和電磁—熱局部耦合分析的基礎(chǔ)上，將電磁力和溫度載荷代入結(jié)構(gòu)分析中，完成了CFT冷屏的電磁—熱—結(jié)構(gòu)全局耦合分析。 （6）深入研究了CFT冷屏的多層絕熱，分析和計(jì)算了多層絕熱中的熱輻射、熱對(duì)流和熱傳導(dǎo)的熱量損失。對(duì)冷屏的表面鍍銀工藝以及鍍銀后在低溫下的發(fā)射率進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，為以后聚變裝置饋線冷屏的表面處理提供了詳盡可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與可借鑒方案。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：TL631.24
【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
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第一章 緒論
    1.1 引言
        1.1.1 人類面臨的能源問題和解決途徑
        1.1.2 受控核聚變的原理及發(fā)展歷程
        1.1.3 ITER與中國
        1.1.4 本課題研究意義
    1.2 CFT 冷屏多場耦合分析與實(shí)驗(yàn)研究
        1.2.1 CFT 冷屏多場耦合分析
        1.2.2 CFT 冷屏的熱損耗分析與實(shí)驗(yàn)研究
    1.3 研究現(xiàn)狀
        1.3.1 ITER 裝置過渡饋線系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀
        1.3.2 冷屏的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.4 研究課題的來源與內(nèi)容
        1.4.1 課題來源
        1.4.2 論文的主要研究內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)
第二章 過渡饋線的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與載荷工況的研究
    2.1 引言
    2.2 ITER 裝置饋線系統(tǒng)介紹
        2.2.1 ITER 裝置簡介
        2.2.2 ITER 裝置饋線系統(tǒng)的分類
        2.2.3 ITER 裝置饋線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成
    2.3 CFT 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
        2.3.1 機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
        2.3.2 強(qiáng)度校核與應(yīng)力判據(jù)準(zhǔn)則
    2.4 CFT 材料的選擇
        2.4.1 材料的選擇原則
        2.4.2 CFT 各部件的材料選擇
    2.5 CFT 載荷工況的研究
    2.6 CFT 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.6.1 CFT 設(shè)計(jì)流程
        2.6.2 CFT 外管設(shè)計(jì)
        2.6.3 CFT 冷屏設(shè)計(jì)方法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    2.7 本章小結(jié)
第三章 CFT 冷屏的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝實(shí)驗(yàn)研究
    3.1 引言
    3.2 CFT 冷屏的設(shè)計(jì)
        3.2.1 冷屏冷卻介質(zhì)的選擇
        3.2.2 冷屏冷卻管的設(shè)計(jì)
        3.2.3 冷屏冷卻回路的設(shè)計(jì)
        3.2.4 冷屏面板的設(shè)計(jì)
    3.3 CFT 冷屏工藝實(shí)驗(yàn)研究
        3.3.1 冷屏的焊接工藝實(shí)驗(yàn)
        3.3.2 冷屏冷卻管的漏率檢測(cè)實(shí)驗(yàn)
    3.4 本章小結(jié)
第四章 CFT 冷屏電磁分析
    4.1 引言
    4.2 冷屏電磁分析有限元計(jì)算
        4.2.1 冷屏電磁分析的理論基礎(chǔ)
        4.2.2 冷屏分析模型的建立
        4.2.3 冷屏電磁分析的載荷工況
        4.2.4 冷屏的穩(wěn)態(tài)電磁場分析
        4.2.5 冷屏的瞬態(tài)電磁場分析
    4.3 基于畢奧—薩伐爾定律的理論計(jì)算
        4.3.1 單根超導(dǎo)母線周圍空間的磁場理論計(jì)算
        4.3.2 一對(duì)超導(dǎo)母線周圍空間的磁場理論計(jì)算
        4.3.3 冷屏上渦流的計(jì)算
    4.4 有限元計(jì)算與理論計(jì)算結(jié)果比較
        4.4.1 穩(wěn)態(tài)計(jì)算結(jié)果比較
        4.4.2 瞬態(tài)計(jì)算結(jié)果比較
    4.5 本章小結(jié)
第五章 CFT 冷屏熱分析與耦合研究
    5.1 引言
    5.2 冷屏熱分析的理論計(jì)算
        5.2.1 冷屏上輻射熱載的理論計(jì)算
        5.2.2 冷屏二維熱分析的理論計(jì)算
        5.2.3 冷屏三維熱分析的有限元計(jì)算
    5.3 冷屏耦合場分析
        5.3.1 耦合場概述
        5.3.2 冷屏局部耦合研究
        5.3.3 冷屏整體耦合研究
    5.4 本章小結(jié)
第六章 CFT 冷屏熱損耗分析與實(shí)驗(yàn)研究
    6.1 引言
    6.2 冷屏真空多層絕熱研究
        6.2.1 多層絕熱結(jié)構(gòu)材料的選擇
        6.2.2 多層絕熱結(jié)構(gòu)傳熱分析與計(jì)算
    6.3 冷屏鍍層輻射性能實(shí)驗(yàn)研究
        6.3.1 不銹鋼表面刷鍍工藝實(shí)驗(yàn)
        6.3.2 冷屏表面鍍銀發(fā)射率測(cè)試
    6.4 本章小結(jié)
第七章 全文總結(jié)與展望
    7.1 研究工作總結(jié)
    7.2 論文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    7.3 今后研究工作展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動(dòng)及成果情況

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本文編號(hào)：2862973