多级CICC超导电缆建模及等效力学性能研究
发布时间：2021-06-10 09:03
国际热核实验反应堆（ITER）是世界上第一个实验性聚变设施。在ITER项目中,cable-in-conduit conductors（CICC）超导电缆是ITER磁体系统的核心部件。CICC超导电缆中的Nb3Sn股线由多个子单元嵌套、绞扭、并拔拉成型。然后,Nb3Sn股线和Cu股线通过特定的绞距连续的绞扭在一起,最后插入不锈钢护套中并压缩成特定的尺寸和空隙率,形成CICC超导电缆。通常CICC超导电缆处于复杂的工作环境,在其实际运行过程中由于受到电磁力的作用,经常受到拉伸和弯曲载荷,这不可避免地导致线缆之间的接触、摩擦和滑动,股线线间接触或压痕会影响超导电缆的力学性能。因此,研究CICC超导电缆的等效力学性能是非常必要的,本文研究内容如下:首先,针对多级CICC超导电缆复杂的结构,建立一种自上而下的几何模型,可以用来数值地研究CICC超导电缆的力学性能。针对CICC超导电缆的前四级电缆,我们给出了分层布线结构的简洁几何描述。从螺旋曲线的公式开始,给出了各级电缆精确的数学方程来描述多级绞扭结构。另外,由于三、四级电缆较大的孔隙,与实际情况不符,...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
EAST超导托克马克装置[12]
兰州大学硕士学位论文多级CICC超导电缆建模及等效力学性能研究4大，在未来30年里，用于建造ITER核反应堆的总成本预计为105亿美元[13-15]。ITER核聚变反应堆的装置位于地下，如图1-2所示，该装置是非常巨大的。最外层的部分是生物防护板。中间层是低温恒温器，低温恒温器是一个高24米，直径为28米的圆筒形装置。低温恒温器内部包裹的是托克马克装置。此外，还有磁体CTB，这要包括电流引线和氦气供应装置[16,17]。图1-2ITER核聚变反应堆装置[17]ITER核聚变反应堆主要包含四种类型的超导线圈，这四种超导线圈材料，结构和功能各不相同。如图1-3所示，由这四种类型的线圈共同协作，构成ITER核聚变反应堆的超导磁体系统。这四种类型的线圈分别是：一是环向场线圈，简称TF线圈，TF线圈的主要功能是产生磁场，以限制等离子体中的带电粒子，在ITER超导磁体系统中，共包含18个TF线圈；二是中心螺线管线圈，简称CS线圈，CS线圈的主要功能是产生磁感应通量，增大等离子体电流，从而促进等离子体的形成，在ITER超导磁体系统中，共包含6个CS线圈；三是极向场线圈，简称PF线圈，PF线圈的主要功能是保持等离子体的位置平衡，也就是产生限制等离子体位置的力场，同时保持等离子体垂直的稳定性，在ITER超导磁体系统中，共包含9个PF线圈；四是矫正场线圈，简称CC线圈，CC线圈的主要功能是校正由于位置误差以及母线和馈线产生的误差场谐波，在ITER超导磁体系统中，共包含9个CC线圈[18]。
兰州大学硕士学位论文多级CICC超导电缆建模及等效力学性能研究5图1-3ITER超导磁体系统[18]在ITER超导磁体系统中，磁体线圈是由超导股线和铜股线组成的CICC超导电缆缠绕而成，如图1-4所示。CICC超导电缆被组装成一根有着多级绞妞结构的绳状电缆，然后插入一根焊接的奥氏体钢管管道中。不同的磁体线圈的组成成分也是不同的，其中，TF线圈和CS线圈中的超导股线为Nb3Sn股线，PF线圈和CC线圈中的超导股线为Nb-Ti股线。在ITER项目中，超导磁体系统是非常大的，整个超导磁体系统重约10000吨。对超导股线的需求量也是非常巨大的，需要Nb3Sn股线500吨，Nb-Ti股线250吨[19,20]。图1-4ITER超导磁体系统中超导电缆[19]CICC超导电缆的相关研究起源于20世纪60年代末，File等人[21]研制了一
【参考文献】：
期刊论文
[1]受控热核聚变研究进展[J]. 杨青巍,丁玄同,严龙文,钟武律. 中国核电. 2019(05)
[2]浅谈国内外核电技术发展现状及前景[J]. 焦保良. 科技信息. 2010(34)
[3]我国超导托卡马克的现状及发展[J]. 李建刚. 中国科学院院刊. 2007(05)
[4]受控核聚变研究的进展和展望[J]. 丁厚昌,黄锦华. 自然杂志. 2006(03)
[5]磁约束核聚变研究现状和前景展望[J]. 万元熙. 现代物理知识. 1999(05)
[6]核聚变研究的发展历史[J]. 朱士尧. 物理. 1990(02)
[7]热核反应与室温下的核聚变[J]. 王德云. 现代物理知识. 1989(06)
[8]核裂变物理五十年发展概况[J]. 卓益忠. 物理. 1989(06)
[9]核聚变反应堆的探索[J]. 熊家炯. 物理. 1974(03)
本文编号：3222090
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
EAST超导托克马克装置[12]
兰州大学硕士学位论文多级CICC超导电缆建模及等效力学性能研究4大，在未来30年里，用于建造ITER核反应堆的总成本预计为105亿美元[13-15]。ITER核聚变反应堆的装置位于地下，如图1-2所示，该装置是非常巨大的。最外层的部分是生物防护板。中间层是低温恒温器，低温恒温器是一个高24米，直径为28米的圆筒形装置。低温恒温器内部包裹的是托克马克装置。此外，还有磁体CTB，这要包括电流引线和氦气供应装置[16,17]。图1-2ITER核聚变反应堆装置[17]ITER核聚变反应堆主要包含四种类型的超导线圈，这四种超导线圈材料，结构和功能各不相同。如图1-3所示，由这四种类型的线圈共同协作，构成ITER核聚变反应堆的超导磁体系统。这四种类型的线圈分别是：一是环向场线圈，简称TF线圈，TF线圈的主要功能是产生磁场，以限制等离子体中的带电粒子，在ITER超导磁体系统中，共包含18个TF线圈；二是中心螺线管线圈，简称CS线圈，CS线圈的主要功能是产生磁感应通量，增大等离子体电流，从而促进等离子体的形成，在ITER超导磁体系统中，共包含6个CS线圈；三是极向场线圈，简称PF线圈，PF线圈的主要功能是保持等离子体的位置平衡，也就是产生限制等离子体位置的力场，同时保持等离子体垂直的稳定性，在ITER超导磁体系统中，共包含9个PF线圈；四是矫正场线圈，简称CC线圈，CC线圈的主要功能是校正由于位置误差以及母线和馈线产生的误差场谐波，在ITER超导磁体系统中，共包含9个CC线圈[18]。
兰州大学硕士学位论文多级CICC超导电缆建模及等效力学性能研究5图1-3ITER超导磁体系统[18]在ITER超导磁体系统中，磁体线圈是由超导股线和铜股线组成的CICC超导电缆缠绕而成，如图1-4所示。CICC超导电缆被组装成一根有着多级绞妞结构的绳状电缆，然后插入一根焊接的奥氏体钢管管道中。不同的磁体线圈的组成成分也是不同的，其中，TF线圈和CS线圈中的超导股线为Nb3Sn股线，PF线圈和CC线圈中的超导股线为Nb-Ti股线。在ITER项目中，超导磁体系统是非常大的，整个超导磁体系统重约10000吨。对超导股线的需求量也是非常巨大的，需要Nb3Sn股线500吨，Nb-Ti股线250吨[19,20]。图1-4ITER超导磁体系统中超导电缆[19]CICC超导电缆的相关研究起源于20世纪60年代末，File等人[21]研制了一
【参考文献】：
期刊论文
[1]受控热核聚变研究进展[J]. 杨青巍,丁玄同,严龙文,钟武律. 中国核电. 2019(05)
[2]浅谈国内外核电技术发展现状及前景[J]. 焦保良. 科技信息. 2010(34)
[3]我国超导托卡马克的现状及发展[J]. 李建刚. 中国科学院院刊. 2007(05)
[4]受控核聚变研究的进展和展望[J]. 丁厚昌,黄锦华. 自然杂志. 2006(03)
[5]磁约束核聚变研究现状和前景展望[J]. 万元熙. 现代物理知识. 1999(05)
[6]核聚变研究的发展历史[J]. 朱士尧. 物理. 1990(02)
[7]热核反应与室温下的核聚变[J]. 王德云. 现代物理知识. 1989(06)
[8]核裂变物理五十年发展概况[J]. 卓益忠. 物理. 1989(06)
[9]核聚变反应堆的探索[J]. 熊家炯. 物理. 1974(03)
本文编号：3222090
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