【摘 要】
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CFETR(中国聚变工程试验堆)是我国自主设计的下一代托卡马克聚变装置,用于验证大功率聚变能发电的工程可行性,对聚变由试验堆迈向商业堆的发展具有重要的意义。磁体系统作为整个CFETR最为关键的系统之一,导体通电产生磁场约束等离子体达到聚变反应条件,超导磁体承受高温热核辐射的同时也要维持内部导体的超低温环境。开展对纵场超导磁体的低温冷却系统的工程研究设计,有利于提高纵场超导磁体的稳定性。本文通过设计
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CFETR(中国聚变工程试验堆)是我国自主设计的下一代托卡马克聚变装置,用于验证大功率聚变能发电的工程可行性,对聚变由试验堆迈向商业堆的发展具有重要的意义。磁体系统作为整个CFETR最为关键的系统之一,导体通电产生磁场约束等离子体达到聚变反应条件,超导磁体承受高温热核辐射的同时也要维持内部导体的超低温环境。开展对纵场超导磁体的低温冷却系统的工程研究设计,有利于提高纵场超导磁体的稳定性。本文通过设计、分析、优化,展开对纵场磁体低温冷却系统的概念设计和工程研究。首先,对CFETR纵场超导磁体的线圈绕组的排布方案进行设计研究,并对绕组排布方案进行了长时间稳态运行工况的分析工作,确定磁体内部导体绕组的排布。线圈绕组匝数是衡量磁场场强的重要参数之一,磁场实现对等离子体约束,高速运动的等离子体间相互碰撞有利于聚变反应的发生。其次,在确定的绕组设计的基础上,结合CFETR纵场超导磁体内部导体的物理结构参数,完成磁体绕组的设计和冷却流道的排布。分析确定绕组导体内部中心冷却孔和线圈盒内的冷却流道内超临界氦的质量流速大小,完成该流速下的沿程压降的计算。最后,结合求解计算得出的临界氦流速和沿程压降以及冷却流道的物理参数,完成进出口区内串联导体冷却孔的设计。进出口区是将超临界氦分布到冷却流道内,实现磁体系统的冷却。利用纵场超导线圈绕组结构参数,对线圈盒内的冷却流道设计排布,管道的接口与进出口区的接口相连,实现对线圈盒内冷却流道供应。图[49]表[7]参[81]
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