铌三锡管内电缆导体交流损耗计算分析模型

为解决快变磁场中大电流和应变作用下,铌三锡(Nb3Sn)导体交流(Alternating Current,AC)损耗的模拟实验分析问题,本文进行了瞬变电磁场中宽应变区间的AC损耗计算技术探索,构建应变作用下的临界电流数学模型,把复杂变化场中基于应变的临界电流密度运用到磁滞损耗功率计算,对耦合损耗功率计算中的导体特征参数考虑应变效应,获得CICC导体AC损耗功率计算技术。在激发等离子体的快速励磁以及等离子体放电和破灭等情况下,由模拟对比分析发现应变作用算法的AC损耗功率更接近工程实际值;对比应变作用算法损耗功率和经典算法损耗功率的相对误差计算,其误差的变化小于15%。

HT-7U NbTi管内电缆导体瞬态稳定性的实验研究与分析

在SULTAN测试设备上进行了含分离铜股线CICC瞬态稳定性的实验研究 ,应用脉冲场对样品的脉冲场区域 (3 90mm)进行感应加热 ,发现设计的含分离铜股线CICC能够经受住很大的瞬态磁扰动 ,分析了这个现象的原因 ,并就股线上的电阻层对稳定性的影响进行了分析 ,对 4个CICC导体的稳定性差异进行分析和稳定性裕度的理论计算 ,由理论计算值和实验测量值进行比较分析 ,为HT

管内电缆导体传输交流损耗的理论计算和实验

交流损耗是大型超导核聚变实验装置如国际热核聚变实验堆和中国聚变工程实验堆稳定性的重要指标。然而应用于核聚变装置的管内电缆导体(CICC)在无外场下传输损耗数值计算很少。首先分析基于分布参数等效电路方法对CICC的N根股线的电流进行描述和分析;之后算出整个导体的电流分布,从而求出导体的传输电流损耗;同时,将数值计算结果与临界态模型结果作对比,以验证该计算模型的可行性;提出改进的CICC交流损耗测量方法,为国内下一步测试CICC及其线圈奠定了实验基础;最后,提出适用于单根圆股线的定标法则,为计算CICC的传输电流损耗奠定理论基础。

HT-7U管内电缆导体稳定性的仿真与实验研究

管内电缆导体(cable-in-conduit conductor,CICC)是目前大型超导磁体的首选导体,它在大型超导核聚变实验装置及超导储能磁体中的应用具有不可比拟的优越性。为了减小导体的成本,提出超导股线和铜股线混合在一起的结构,因为增加铜比对导体稳定有利,该文制作了4个带有纯铜股线的管内电缆导体,并应用于HT-7U超导托克马克中。利用一维数学模型(Gandalf)对托克马克实际运行模式下CICC的稳定性进行仿真,研究了CICC的稳定性裕度与质量流速率、磁场、运行电流和铜比之间的关系。同时,将理论结果和实验结果进行比较,得到了样品中分离铜的有效比率。

管内电缆导体稳定性理论与实验研究

管内电缆导体 ,又称 CICC,是目前大型低温超导磁体的首选导体。随着超导技术的发展 ,CICC在大型超导核聚变实验装置及超导储能磁体中的应用具有不可比拟的优越性。为降低导体成本而提出了在 CICC中采用的超导股线配以纯铜股线的设计方案 ,开展含纯铜股线 CICC稳定性机理及实验的研究 ,并开发 CICC优化设计软件 ,对 CICC在高科技中的应用意义重大。

管内电缆导体绞缆序列比对耦合损耗作用的优化计算

建造中的国际热核试验堆以及国内准备建设的聚变工程实验堆上的管内电缆导体(cable-in-conduit conductor,CICC),将运行在快速励磁的大电流复杂磁场中,这使得中心螺线管线圈(central solenoid,CS)上的CICC导体会受到约12 T磁场的冲击。因此,现有的CICC已采用铌三锡(Nb3Sn)导体,Nb3Sn导体应变敏感性不仅导致电缆临界性能的退化,而且导体中各级绞缆扭距序列对耦合损耗影响很大。为此,对目前ITER项目建议的CS磁体上多种导体的绞缆结构,开展了不同扭距序列对耦合损耗作用的探索。研究分析显示:扭距长度不是决定多级绞缆CICC导体耦合损耗数量大小的唯一因素;当导体中各级绞缆的扭距序列比接近1时,耦合损耗会极大减小。测试数据与数值模拟结果对比分析表明:通过合理选择扭距序列比可以优化计算CICC导体的耦合损耗。

铌三锡管内电缆导体分流温度和刚度分析研究

低温下,导体的分流温度和刚度是管内电缆导体(cable-in-conduit conductor,CICC)稳定运行的重要因素,为克服铌钛(NbTi)的不足,应对10 T以上的磁场冲击,国际热核聚变反应堆(international thermal-nuclear experimentalreactor,ITER)装置上环向磁场(toroidal field,TF)和中心螺管(central solenoid,CS)磁体系统中的导体已采用铌三锡(Nb3Sn)材料,但缺乏应变效应对分流温度和导体刚度影响的研究。为此,该文利用模拟应变效应的横向载荷周期,对TF和CS样品的分流温度和弹性模量进行测试,分析获得扭距、空隙率和子缆级数等综合作用使分流温度和刚度随模拟应变载荷周期退化的结果,同时由接触面和股线接触角决定的电缆刚度以及股线的侧向支撑强烈影响导体的变形程度。

考虑应变的管内电缆导体设计模型

为了简化管内电缆导体(CICC)的设计过程,提出了考虑稳定性和应变的导体仿真设计思想,研究了应变对临界电流密度的影响,量化了应变的作用;根据1级子缆采用3根超导股线、CICC运行于过渡区间以及纯铜线起不同作用的假定条件,建立了导体的数值仿真设计模型,讨论了Nb3Sn等A15材料的应变对临界电流密度等的影响,并进行了导体结构的仿真设计.将数值仿真设计与工程设计进行了比较,结果显示二者吻合良好.采用数值仿真设计模型能有效减轻设计工作量,缩短设计周期.

ITER用校正线圈管内电缆导体稳定性分析

管内电缆导体(cable-in-conduit conductor,CICC)是目前为止大型低温超导磁体的首选导体,CICC在超导储能磁体及大型超导核聚变实验装置中的应用具有不可比拟的优越性。CICC的稳定性对其实际应用起着重要影响,因此开展关于CICC稳定性的研究对于推广CICC的应用有着重要的实际意义。利用一维数学模型(Gandalf软件)对ITER校正线圈(CC)CICC的稳定性进行仿真,研究了运行电流、运行磁场和He质量流速率对CICC的稳定性裕度影响;同时,将基于热平衡方程的理论结果和仿真实验结果进行比较,验证了理论的可靠性和软件的实用性。

管内电缆导体稳定性研究方法新探

管内电缆导体 (CICC) ,是目前大型低温超导磁体的首选导体。随着超导技术的发展 ,CICC在大型超导核聚变实验装置及超导储能磁体中的应用具有不可比拟的优越性。为降低导体成本而提出了在CICC中采用的超导股线配以纯铜股线的设计方案 ,开展含纯铜股线CICC稳定性机理及实验的研究 ,并开发CICC优化设计软件 ,对CICC在高科技中的应用意义重大。

管内电缆导体仿真设计算法模型研究

现代超导聚变装置上的管内电缆导体(cable-in-conduit conductor,CICC)运行在大电流和快速变化电磁场中。导体的合理设计是其能否稳定运行的关键。工程上CICC的设计是一个多次尝试和优化的复杂烦琐过程。该文根据Stekly参数和空间电流密度,提出基于稳定性和交流损耗的新的导体设计思想,推导了关于CICC结构参数矩阵方程,建立了导体数值仿真设计模型,同时进行了导体的模拟设计。并将仿真设计结构与工程设计情况进行比较和分析,结果证明二者吻合较好,且该方法能减轻工作量和缩短设计周期。

基于铜超比优化的管内电缆导体设计的数值模拟

在铜超比优化的基础上,针对管内电缆导体结构设计,提出了数值模拟设计,进行了数值模拟设计,并将数值模拟设计结果与工程设计值进行了比较和分析,二者基本吻合。

管内电缆导体应变对稳定性影响模拟研究

提出了应变对CICC导体稳定性作用的仿真设计思想,研究了应变对临界电流密度的影响,量化了应变作用,推导了导体设计的数学公式,建立了数值仿真设计模型,并进行了导体结构的模拟设计。将数值仿真设计与工程设计进行了比较,结果显示,采用数值仿真设计模型能有效减轻工程设计工作量,缩短设计周期。

管内电缆导体线圈滚弯成形的动态仿真

分析了管内电缆导体超导线圈滚弯成形所需要的条件,建立了适应于各种管内电缆导体超导线圈滚弯成形过程中导体进给速度与绕线模回转速度、角速度之间关系的数学模型。在此基础上提出了基于MATLAB的滚弯成形过程的动态仿真方法。完成了对国际热核聚变实验堆ITER底/顶部矫正场线圈绕制成形过程的分析和动态仿真。

ITER装置超导磁体线圈导体用超导电缆的绞制

超导磁体系统是国际热核聚变实验堆ITER装置的重要组成部分,其超导磁体线圈采用CICC(cable-in-conduit conductors)导体绕制而成。本文介绍了CICC导体的结构及其管内超导电缆的绞制过程,讨论了绞制参数对超导电缆交流损耗的影响。分析了绞制过程中放线张力和模具设置等因素对结构参数控制及其绞制质量的影响,第1、2级子缆绞制过程中绞制单元收、放线张力需要实时精准控制以避免绞线单元发生伸细甚至拉断现象,成品超导电缆绞制时的模具设置、模具数量和外径控制方法是超导电缆绞缆的关键,需要多种、多个模具多种组合外径控制方式,确定了超导电缆绞制技术方案,并成功完成了一根长度为765m PF5型哑缆(dummy cable)研制。

窄堆线的堆叠方式对高温超导管内电缆导体临界电流的影响

为了提高超导缆线的结构性能,将利用2mm宽的超导带材形成窄堆线,并将其嵌入到开槽铝管中,制备成一种基于窄堆线的高温超导管内电缆导体。通过临界电流测量实验,研究了不同带材根数和不同扭绞节距对高温超导管内电缆导体临界电流的影响。结果表明,扭绞节距一定时,带材堆叠根数越多,临界电流折损率越大;当扭绞节距最小为100mm时,超导窄堆线依旧能保持良好超导特性,且临界电流未发生较大折损。

我国首台采用铌三锡管内电缆导体的超导磁体研制成功

由中国科学院合肥物质科学研究院采用铌三锡管内电缆导体制造的超导试验磁体完成测试，标志着我国首台采用铌三锡管内电缆导体的超导磁体研制成功。

CFETR极向场磁体CICC导体稳定性与交流损耗分析

中国聚变工程实验堆(CFETR)是超导托卡马克装置,其极向场(PF)磁体对控制等离子体位置形状起重要作用。PF系统能否稳定运行主要取决于管内电缆导体(CICC)的稳定性。为确保PF系统稳定运行,应用数值模拟计算程序Gandalf对CFETR PF磁体CICC进行了稳定性分析,给出了机械和电磁扰动下其稳定性裕度、最小失超能量、温度裕度的计算结果以及分流温度随工作电流和磁场强度变化的规律和失超特性。此外,交流损耗为影响导体稳定性的重要因素,对导体交流损耗进行了计算,并研究了其对导体稳定性的影响。分析结果表明CFETR极向场磁体的导体目前的设计能够充分满足安全裕度的要求。

基于稳定性CICC设计模型

根据CICC运行在大电流和快变磁场中的要求,提出了基于稳定性、质量流和交流损耗机理的导体数值模拟设计思想,结合能量(稳定性)裕度、stekly参数、温度裕度和空间电流密度等计算方法,推导了CICC结构设计参数矩阵方程,构建了导体仿真设计数学模型,开展了导体模拟设计研究,并由交流损耗对CICC结构进行了校核。将仿真设计结构与工程设计情况作了比较和分析,结果证明二者吻合得较好。

40-T混合磁体外超导磁体CICC摩擦系数测定

40-T混合磁体的建设正在中科院强磁场中心进行,其外超导磁体将由管内电缆导体CICC绕制,并采用4.5K的超临界氦迫流冷却。CICC的摩擦系数是确定各冷却通道进口压力和流量的重要依据。文中介绍了CICC压降测量平台搭建,并对40-T混合磁体外超导磁体哑缆摩擦系数进行测量;分析了该CICC内的摩擦特性,并拟合出相应的经验公式。