SSRF前端光子挡光器的结构设计和热应力分析

光子挡光器是同步辐射光束线前端区的重要部件,其主要作用是阻挡高强度同步辐射.利用有限元分析软件ANSYS,对上海同步辐射装置(SSRF)前端光子挡光器,进行了精细的温度和热应力分析.分析结果表明,新设计的光子挡光器热应力水平有了显著的降低,提高了光子挡光器承受热负载的能力,满足SSRF前端部件的设计要求.

SSRF活动光子挡光器的模拟与实验结果比较

介绍了上海光源插入件光束线前端区高热负载元件活动光子挡光器热缓释设计的数值模拟和实验结果。数值模拟与实验测量结果在10℃的误差范围内一致,且数值模拟结果都高于测量值。测量结果证明了挡光器热缓释设计中采用的数值模拟方法在直接冷却高热负载部件的应用中的可靠性和安全性。

上海光源前端高热负载挡光器的结构设计与优化

为了有效处理上海光源前端挡光器接收的高热负载,研究了挡光器的结构设计及其优化方法。选用高导热性、高强度的GlidCop AL-15制造挡光器吸收体,采用直接水冷和掠入射结构提高其热缓释能力。以对流换热系数和压力降为评价指标,选用佩图克方程和达尔西-韦斯巴赫方程优化冷却水路,通过热分析得到了不同参数下挡光器的温度和热应力分析结果,从而确定了挡光器的结构设计优化参数。优化后挡光器的水路直径为6mm,水路到光照面的距离为9mm,光照面接线处圆角≥2mm,且水路与光束方向基本平行。与初始结构相比,优化后挡光器的最高整体温度和最高冷却壁温度分别下降约8%和1/4,最大等效应力降低了1/2左右,完全满足上海光源前端部件的设计要求。目前,应用优化参数设计的挡光器已应用于上海光源实际工程中。

SSRF中高热载挡光器的热-应力分析

上海同步辐射装置(SSRF)为第三代同步辐射装置,其设计能量为3.5 GeV,最大流强为300 mA.SSRF中生物大分子光束线(U21)的前端区将接收总功率为4.36 kW、峰值功率密度高达44 kW/mrad2的光束.前端装置中的挡光器将阻挡全部的光束,所以挡光器的热-应力分析在前端区设计中是非常关键的.通过有限元方法,分析了挡光器在热交换系数为0.015 W/mm2、冷却水温度为30℃的工作条件下,挡光器的最高温度、最高冷却槽壁温以及最大热应力.分析结果得出挡光器的应力问题是挡光器设计的难点.为了减小挡光器工作时的热应力,对挡光器的结构进行了改进,并给出了其热-应力分析结果.