基于电磁-流场耦合的轨道冷却仿真分析

发布时间：2021-11-25 05:45

　　轨道加速器连续工作时,轨道局部温升过高会严重影响其结构强度,有必要对其温升和冷却效果进行仿真分析。该文从分析轨道加速器的动态特性出发,给出电枢运动状态下轨道热源加载、多次加速的时间步长差异等关键问题的解决方法。基于Ansys-APDL语言,编程实现了轨道冷却的电磁-流场耦合仿真分析。无水冷工况下,在连续5次加速后轨道最高温度已超过铜材软化温度400℃。通过分析冷却水参数对轨道冷却效果的敏感度,最终选取体积浓度为50%的乙二醇水溶液作为冷却液。在连续7次加速后,冷却液与轨道最高温度基本不再上升,且轨道最高温度为308.7℃,未超过铜材料的软化温度。该仿真方法和结果对轨道加速器的热管理具有一定的指导意义。 

【文章来源】：电工技术学报. 2020,35(17)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

自然冷却条件下轨道温升分布

单次加速，经过周期10s的自然散热后，温度降到92.6℃；5次连续工作后，轨道最高温度已超过铜的软化温度400℃；每个加速冷却周期中，前5s时间内，最高温度下降最快，后5s内，温度下降不明显，这可以为加速频次的设定提供依据。3 单次加速水冷仿真及分析

单次加速水冷效果如图9所示，经过单次加速和10s水流冷却后，轨道最高温度降到80.6℃，水流的最高温度为80.4℃。冷却水的温升特点是，温度最高值沿轨道方向呈梯次分布并逐渐减小，轨道尾部出现最低温度区域。可见，水流逐渐将热量从轨道尾部向电枢运动方向驱散。由于水流温度变化会直接影响冷却方式是否可行，故需要分析各个时间点的水流温度，单次加速过程水流最高温度变化如图10所示。在单次加速过程中，水流的最高温度为134.8℃，超过沸点100℃的时间大于1s。对比单次加速自然冷却与水冷的效果，轨道最高温度从92.6℃降到了80.6℃，效果并不明显。

【参考文献】：
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本文编号：3517524