射頻四極（Radio Frequency Quadruple簡稱RFQ）加速器是直線加速中最常用的加速結構。RFQ加速器在線運行時,腔體內表面的射頻功率耗散使加速器腔體發(fā)熱變形,產生頻率漂移,從而影響束流品質和傳輸效率。對于連續(xù)波（Continuous wave簡稱CW）工作條件,RFQ加速器的熱穩(wěn)定性是在線調試過程中的一個重要問題。RFQ加速器的冷卻系統(tǒng)的作用是保持腔體結構的熱穩(wěn)定性,限制腔體結構的變形,同時可以調諧加速器腔體的頻率。對RFQ加速器的冷卻過程的研究是很有必要的,它可以用來模擬RFQ腔體的溫升、變形和頻率漂移。從傳熱學和流體動力學的角度來看,RFQ加速器腔體的冷卻過程是加速器的熱環(huán)境、腔體結構與冷卻介質之間的傳熱與冷卻介質內部的流動傳熱三方面相互耦合的復雜過程。因此,針對RFQ加速器腔體受熱冷卻過程,結合流體流動運動來研究這一問題可以得到更加完整的分析結果,也能夠通過冷卻流體的溫度參數(shù)更加直觀地看到受熱冷卻過程的冷卻效果,對RFQ加速器的穩(wěn)定運行和加速器的事故預防都具有現(xiàn)實指導意義。本文針對CW RFQ加速器的熱穩(wěn)定性問題,結合了流體動力學理論對該問題開展了詳細的三維多... 

【文章來源】：蘭州理工大學甘肅省

【文章頁數(shù)】：104 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

四桿型加速器

圖1.2四桿型加速器針對四桿型RFQ加速器和四翼型RFQ加速器,國內外眾多研究者的研究方式主要包括模擬研究和實驗研究[8-10][11-13]。此外,由于RFQ加速器系統(tǒng)涉及多學科交叉,因此影響加速器性能的因素具有多方面性,近年來RFQ加速器在腔體的結構設計、腔體的加工工藝、加速器控制以及束流調試等方面都取得了實質性的進展。RFQ加速器相關的很多學科方向,例如加速器腔體的熱穩(wěn)定性[14-16],RFQ加速腔的結構及性能設計[17-18],RFQ加速器的水冷系統(tǒng)[19-22],RFQ加速器的機械制造以及加工等[23-33]都是人們所關注的熱點。從文獻中可以看到,在腔體加工的焊接工藝[34-37],RFQ加速器的射頻、控制系統(tǒng)[38-44],調諧、測量以及測試[45-50]等相關的學科上,很多學者做過相關的分析研究。為了提高RFQ加速器的性能,研究人員針對加速器的附屬部件,包括耦合器、調諧器和束流調試等方面也開展了研究[51-53]。

由文獻[56,61-62]可知,意大利的IFMIF-EVEDA RFQ是根據(jù)腔體橫向和縱向的對稱性選取了腔體四分之一結構建立模型進行二維和三維的數(shù)值模擬熱分析。在二維分析中,通過SUPERFISH計算得到功率負載,而在三維分析中則使用Ansoft HFSS。通過二維熱結構分析獲得冷卻管道布局的初步設置,對冷卻通道進行優(yōu)化,通過保持電極通道冷卻并且改變通道溫度,獲得了必要的冷卻范圍。在三維模擬中考慮單一的通道流形并對其進行簡單的流體動力學分析,針對二維和三維的熱-結構模擬結果進行比較,以驗證二維初步設計考慮的有效性。同時,建立實驗臺如圖1.4所示,通過熱電阻使腔體一個電極表面產生4 W/cm2的熱通量,冷卻水質量流量約21 l/min,平均水溫15℃。通過紅外熱相機采集腔體的溫度分布,實驗結果與模擬結果趨勢吻合良好,如圖1.5所示。圖1.5沿電極方向的實驗與模擬溫度對比

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]微通道冷卻器內熱流固耦合過程的數(shù)值模擬[D]. 潘娜娜.大連理工大學 2016
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本文編號：3096291