大型超導(dǎo)磁體電流引線理論及應(yīng)用

內(nèi)容概要

本書介紹了大型超導(dǎo)磁體電流引線的理論以及在EAST裝置上的應(yīng)用，全書共分7章，主要內(nèi)容包括超導(dǎo)磁體電流引線的基本理論、電流引線的設(shè)計(jì)方法、EAST核聚變裝置超導(dǎo)磁體電流引線的設(shè)計(jì)實(shí)例、有限元軟件Fluent Ansys在電流引線設(shè)計(jì)上的應(yīng)用、高溫超導(dǎo)電流引線的基本理論及設(shè)計(jì)方法等。    本書可作為核能科學(xué)與工程、機(jī)械設(shè)計(jì)等相關(guān)專業(yè)高年級(jí)的本科生、研究生的參考資料，對(duì)從事超導(dǎo)磁體電流引線設(shè)計(jì)的專業(yè)技術(shù)人員有一定的參考價(jià)值。

書籍目錄

第1章 緒論  1.1 引言  1.2 世界磁約束核聚變的研究現(xiàn)狀  1.3 我國核聚變的研究現(xiàn)狀  1.4 EAST超導(dǎo)托卡馬克裝置  1.5 電流引線概述  1.6 開展大型超導(dǎo)磁體電流引線研究的目的和意義第2章 電流引線的設(shè)計(jì)方法  2.1 引言  2.2 威爾遜計(jì)算方法  2.3 阮耀鐘計(jì)算方法  2.4 準(zhǔn)解析計(jì)算方法    2.4.1 基本計(jì)算公式的推導(dǎo)      2.4.2 電流引線的分段計(jì)算法      2.4.3 電流引線截面積的確定    2.5 電流引線的非穩(wěn)態(tài)狀況第3章 EAST裝置電流引線的設(shè)計(jì)    3.1 引言    3.1.1 電流引線的設(shè)計(jì)      3.1.2 縱場(chǎng)線圈電流引線的設(shè)計(jì)      3.1.3 極向場(chǎng)線圈電流引線的設(shè)計(jì)      3.1.4 真空室、冷屏與輻射屏蔽  3.2 電流引線的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)  3.3 電流引線的計(jì)算程序  3.4 縱場(chǎng)線圈電流引線的計(jì)算  3.5 極向場(chǎng)線圈電流引線的計(jì)算第4章 EAST裝置電流引線氦氣氣阻的計(jì)算  4.1 引言  4.2 電流引線氦氣氣阻的計(jì)算參數(shù)  4.3 氦氣模型的有限元分析  4.4 有限元分析結(jié)果第5章 電流引線真空室力學(xué)分析  5.1 電流引線真空室概述  5.2 電流引線真空室有限元分析  5.3 電流引線真空室有限元計(jì)算結(jié)果第6章 EAST裝置高溫超導(dǎo)電流引線  6.1 超導(dǎo)材料概述  6.2 高溫超導(dǎo)電流引線概述  6.3 EAST裝置高溫超導(dǎo)電流引線的計(jì)算分析  第7章 結(jié)論與展望  附錄1 電流引線結(jié)構(gòu)圖  附錄2 超導(dǎo)磁體電流引線設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件說明書參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第2章 電流引線的設(shè)計(jì)方法　　2.1 引言　　電流引線通常由金屬或者合金材料制成，本身有一定的電阻，因而在傳輸電流時(shí)要產(chǎn)生熱量，這些熱量的一部分由引線末端傳人低溫容器。小型超導(dǎo)磁體的運(yùn)行電流小，對(duì)電流引線可以不作特殊考慮；但是，在大型超導(dǎo)磁體中，電流引線漏熱在很大程度上決定著超導(dǎo)磁體正常運(yùn)行時(shí)液氦的消耗量。因此在大型超導(dǎo)磁體系統(tǒng)中，電流引線的設(shè)計(jì)是十分講究的，必須仔細(xì)考慮引線各個(gè)部分的設(shè)計(jì)方法。電流引線的設(shè)計(jì)就是要在滿足超導(dǎo)磁體運(yùn)行電流要求的前提下，盡可能地減小流入低溫容器的熱量?！　≡谝欢ǖ碾娏飨拢€漏熱與制作引線的材料有關(guān)，一旦引線材料確定后，則引線的漏熱與引線的形狀和尺寸密切相關(guān)，因此對(duì)引線形狀和尺寸的優(yōu)化十分重要。由引線傳人低溫容器的熱量來自電流引線的熱傳導(dǎo)和焦耳熱兩個(gè)方面，恰當(dāng)?shù)靥幚砗脗鲗?dǎo)熱和焦耳熱之間的關(guān)系是引線設(shè)計(jì)的要點(diǎn)之一，兩者之間存在著矛盾的統(tǒng)一。加大引線的截面積，可以減小引線的焦耳熱，但會(huì)增加由熱傳導(dǎo)所引起的引線漏熱；減小引線的截面積，情況正好相反。經(jīng)研究表明，在引線各項(xiàng)參數(shù)已知的情況下，存在著一個(gè)熱損耗最小的長橫比u（引線長度與引線截面積之比），使引線末端流人磁體容器的熱量最小。氦氣從4．2K升溫至300K吸收的熱量——顯熱，約為液氦氣化潛熱的74倍，如1J的熱量能使約0．38mL的液氦氣化，這些氣體溫度由4．2K升溫至室溫可吸收約74J的熱量，所以利用液氦容器中由液氦蒸發(fā)出來的氦氣帶走電流引線的傳導(dǎo)熱和焦耳熱（即氣冷電流引線）是一個(gè)充分利用氦氣顯熱行之有效的辦法，能大大降低電流引線的漏熱，減少液氦蒸發(fā)量。　　因此，電流引線應(yīng)設(shè)計(jì)成類似熱交換器的形式，使蒸發(fā)出來的氦氣流過引線，采取一些適當(dāng)措施增大引線與氦氣之間的換熱系數(shù)，這樣引線的傳導(dǎo)熱和焦耳熱的絕大部分被氦氣帶走，從而減少由引線流入低溫容器的熱量。

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