考慮電磁與熱耦合的ITER過渡饋線設(shè)計與實驗研究.pdf

1、國際熱核聚變實驗堆(International Thermonuclear Experimental Reactor，簡稱ITER)的目標是通過國際合作，研制一個可自持燃燒的托卡馬克可控聚變試驗堆裝置，為和平、安全利用聚變能進行科學(xué)探索和研究。ITER過渡饋線(CryostatFeed-Through，簡稱CFT)作為饋線系統(tǒng)的一個重要組成部分，是核聚變裝置的關(guān)鍵部件之一。因此，對過渡饋線及其關(guān)鍵部件的設(shè)計進行研究是十分必要的。

2、　　本文對過渡饋線和國內(nèi)外主要托卡馬克裝置冷屏的研究現(xiàn)狀進行了廣泛的調(diào)研，參照ITER總體設(shè)計的相關(guān)文檔，制定了過渡饋線的設(shè)計準則、材料選擇原則等。針對CFT冷屏結(jié)構(gòu)復(fù)雜和有多場作用的特點，對其進行了熱、電磁以及耦合分析和實驗研究。完成的主要研究工作和成果如下:
　　(1)針對CFT冷屏的設(shè)計，綜合運用電磁學(xué)理論、熱力學(xué)理論、耦合分析理論、有限元理論、計算機輔助工程、機械設(shè)計等學(xué)科知識，建立了考慮多場耦合分析、加工制造和實驗的冷屏

3、設(shè)計方法。通過熱學(xué)實驗，對冷屏的熱分析進行了驗證。
　　(2)綜合運用公式計算和有限元仿真對CFT冷屏各個參數(shù)作了詳細的設(shè)計與分析，通過對比分析各個設(shè)計方案，最終確立了CFT冷屏的各個設(shè)計參數(shù)。對冷屏的焊接方式進行了篩選，通過焊接實驗，確定了冷屏冷卻管的焊接方案。
　　(3)對于CFT冷屏的電磁分析，提出了解析法與有限元法相結(jié)合的分析方法。分別通過這兩種方法計算得到了冷屏上磁場分布、渦流分布等一系列的電磁分析數(shù)據(jù)，對比了兩種

4、方法的計算結(jié)果，較為接近的計算結(jié)果驗證了計算方法的可行性和計算結(jié)果的正確性。
　　(4)針對CFT冷屏的熱分析，詳細闡述了CFT冷屏的熱源以及傳熱方式，理論計算出了輻射熱流密度和對流換熱系數(shù)等參數(shù)。將電磁分析中得到的焦耳熱作為熱源計入熱分析中，完成了CFT冷屏的電磁—熱局部耦合分析。
　　(5)將多場耦合的分析理論引入到CFT冷屏的分析中，制定了CFT冷屏的多場耦合分析方法。在電磁和電磁—熱局部耦合分析的基礎(chǔ)上，將電磁力和溫