本文選題：CICC導(dǎo)體 + 節(jié)距�。� 參考：《蘭州大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】："國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)計(jì)劃"是目前全球最大、影響最深遠(yuǎn)的國際科技合作項(xiàng)目之一。該計(jì)劃旨在驗(yàn)證磁約束受控核聚變反應(yīng)堆的科學(xué)性與技術(shù)可行性,通過由CICC(Cable in Conduit Conductor)導(dǎo)體繞制而成的托克馬克裝置產(chǎn)生強(qiáng)磁場,將上億攝氏度的高溫等離子體約束在磁籠內(nèi)誘發(fā)可控?zé)岷司圩儭?014年ITER組織磁體部門負(fù)責(zé)人Devred教授指出當(dāng)前ITER用CICC導(dǎo)體主要面臨三大挑戰(zhàn):1,CICC導(dǎo)體制備過程中普遍存在電纜穿管退扭問題,伴隨著電纜節(jié)距增加引起交流損耗的增大,這將嚴(yán)重影響CICC導(dǎo)體電流輸運(yùn)特性及穩(wěn)定性。2,CICC導(dǎo)體短樣在熱-電磁循環(huán)載荷作用下分流溫度隨循環(huán)加載次數(shù)的增加表現(xiàn)出退化行為,這就意味著按照目前這種設(shè)計(jì)方式,ITER僅能運(yùn)行數(shù)千次,遠(yuǎn)低于原計(jì)劃的3萬次,這加劇了人們對(duì)ITER工程的擔(dān)憂。3,高性能超導(dǎo)股線研發(fā)與接頭制備。我們知道,托克馬克裝置中心場與環(huán)向場螺線管CICC超導(dǎo)電纜是由Nb3Sn超導(dǎo)股線經(jīng)多級(jí)絞扭而成。而已有的研究表明Nb3Sn超導(dǎo)性能對(duì)力學(xué)變形極為敏感。因此,研究超導(dǎo)電纜的等效力學(xué)參數(shù)及其在多場作用下的力學(xué)行為是實(shí)現(xiàn)托克馬克磁體系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。本文針對(duì)超導(dǎo)電纜等效力學(xué)參數(shù)、穿管過程中的電纜退扭行為、熱-電磁靜載荷作用下的超導(dǎo)股線屈曲行為以及熱-電磁循環(huán)載荷作用下的分流溫度退化等關(guān)鍵科學(xué)問題開展實(shí)驗(yàn)與理論研究。本文主要研究內(nèi)容如下:首先,基于細(xì)桿理論對(duì)一級(jí)子纜軸向拉伸時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)進(jìn)行了分析,建立了一級(jí)子纜軸向拉伸剛度模型。受限于絞線制備工藝,股線間通常存在間隙以及殘余扭轉(zhuǎn)變形。針對(duì)這兩種情形下的一級(jí)纜拉伸剛度分別建立了彈簧模型及修正的細(xì)桿理論模型,兩種模型理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果吻合良好。自行設(shè)計(jì)并完成絞線熱膨脹系數(shù)高精度測試系統(tǒng),對(duì)碳纖維絞線與凱夫拉絞線軸向熱膨脹系數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試,得到絞線節(jié)距對(duì)軸向熱膨脹系數(shù)的影響規(guī)律。隨后在細(xì)桿理論的基礎(chǔ)上引入熱應(yīng)變,建立了理想絞線結(jié)構(gòu)的熱膨脹系數(shù)預(yù)測模型,理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致。最后在一級(jí)纜理論基礎(chǔ)上建立了二級(jí)纜拉伸剛度與熱膨脹系數(shù)理論模型。其次,針對(duì)CICC導(dǎo)體制備過程中電纜穿管退扭問題進(jìn)行了研究。首先建立了瓣纜在包扎作用下的彎曲剛度模型以及超導(dǎo)電纜拉伸退扭理論模型。接著與電纜拉伸退扭實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了理論模型的準(zhǔn)確性。隨后分別討論了材料剛度、包扎力、疊包率、放線張力以及穿管牽引力等參數(shù)對(duì)瓣纜彎曲剛度以及整纜退扭量的影響,并給出了CICC導(dǎo)體退扭角隨軸向牽引力的變化規(guī)律。再次,針對(duì)CICC導(dǎo)體在熱-電磁靜載荷作用下超導(dǎo)股線屈曲現(xiàn)象進(jìn)行了理論分析,研究了包扎參數(shù)、摩擦系數(shù)、絞線節(jié)距對(duì)超導(dǎo)股線屈曲臨界值的影響。計(jì)算結(jié)果顯示節(jié)距是決定超導(dǎo)股線屈曲行為的關(guān)鍵,節(jié)距越小屈曲越難以發(fā)生;增加包扎率與包扎剛度可減小超導(dǎo)股線屈曲概率。此外增加股線表面摩擦系數(shù)也可以增加股線穩(wěn)定性,同時(shí)也是增強(qiáng)超導(dǎo)電纜整體剛度的有效手段之一。最后,建立了CICC導(dǎo)體在熱-電磁循環(huán)載荷作用下分流溫度退化行為理論預(yù)測模型。在揭示了超導(dǎo)電纜橫向壓縮應(yīng)變與軸向伸長變形之間轉(zhuǎn)換關(guān)系的基礎(chǔ)上,研究了電纜軸向壓縮剛度與表面摩擦系數(shù)對(duì)超導(dǎo)電纜在熱-電磁循環(huán)載荷作用下軸向壓縮應(yīng)變的影響。隨后引入超導(dǎo)電纜軸向應(yīng)變與分流溫度關(guān)系,給出分流溫度隨電磁循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律。計(jì)算結(jié)果顯示超導(dǎo)電纜的剛度對(duì)分流溫度變化起決定性作用,即剛度越大電纜的軸向壓縮應(yīng)變越小,相應(yīng)的分流溫度退化量越小。此外,SULTAN測試裝置的高低磁場分布特征是造成短節(jié)距CS導(dǎo)體分流溫度上升的關(guān)鍵。以上理論預(yù)測結(jié)果均與SULTAN裝置實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好。
[Abstract]:The experimental and theoretical research is carried out in this paper , which is based on the analysis of the stress and strain state of the magnetic confinement controlled nuclear fusion reactor . The results show that the current ITER is very sensitive to mechanical deformation . The calculation results show that the rigidity of the superconducting cable plays a decisive role in the change of the shunt temperature , that is , the smaller the axial compressive strain of the cable , the smaller the corresponding shunt temperature degradation . In addition , the high and low magnetic field distribution characteristics of the SULTAN test device are the key to the rise of the shunt temperature of the short pitch CS conductor . The above theoretical prediction results are in good agreement with the experimental results of the SULTAN device .

【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TL631.24

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本文編號(hào)：1736106