EAST磁体新电流馈线系统设计与分析

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磁体电流馈线系统是超导磁体系统的重要附属部分,其作用是充当超导磁体线圈正常运行时的励磁电流通道和失超时的能量泄放通道。EAST磁体电流馈线系统由超导母线电流传输线和高温超导电流引线两部分组成。根据EAST工程的规划,为了给辅助加热系统和诊断系统的升级腾出空间,需要将电流引线罐搬出EAST主机大厅,并且对电流引线进行升级和修复。电流引线罐搬迁后,需要设计和建造新的电流传输线系统以替代老的电流传输线系统。  本课题来源于中国科学院大科学装置维修项目“EAST装置主机安全性维护”。围绕EAST磁体电流馈线系统升级和改造课题,本论文的主要任务是:1)开展新电流传输线结构设计和低温热设计的分析研究,验证设计方案的可行性;2)开展超导导体稳定性的分析研究,为电流传输线的安全运行提供指导;3)开展高温超导电流引线热性能研究,为高温超导电流引线的优化设计提供参考。  本论文完成的具体研究内容如下:  首先,完成了新电流传输线结构设计的分析验证,确定了关键结构的设计方案。在电流传输线结构设计的基础上,利用有限元工具对超导母线的电磁和结构等进行了分析,验证了纤维带绑定导体对消除电磁力影响的可行性,确定了5对和8对电流传输线中内部支撑的数目和布置位置。  其次,完成了新电流传输线的低温热设计,确定了绝热设计方案和低温冷却流程。在高真空+液氮冷屏+双层真空多层绝热材料的绝热方案的基础计算了新电流传输线的漏热量,验证了绝热方案的可行性。根据冷却介质超临界氦在超导导体铠甲内的流动阻力对原有超导母线氦冷却流程进行了评估,并通过修改得到了新的冷却流程,实际运行结果表明修改是必要且可行的。  再次,完成了超导母线的安全性研究,验证了超导导体的稳定性。从温度稳定性和能量裕度两个方面对新超导导体的稳定性进行了分析,结果表明超导母线的稳定性远高于超导磁体线圈的。  最后,完成了EAST高温超导电流引线热性能的研究。通过求解一维热传导微分方程研究了降低高温超导段4.5K低温端的漏热量的途径,得到了两种有效方法。通过多物理场耦合模拟计算的方法研究了EAST电流引线使用的两种阻性换热器的热工水力性能,为阻性换热器的优化设计提供了参考。
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