用修改的GANDALF程序对CICC导体的稳定性分析

摘要

本文针对HT-7U大型装置中的TF(纵场磁体)导体和PF(极向场磁体)导体，用改进了的GANDALF程序做了详细的稳定性和失超特性分析。将超导磁体和它的低温系统作为一个整体来研究，则可以提高模型对超导磁体系统的预测能力，本文对两个具体的实验装置(QUELL和HT-7U)分别建立了简化模型，并对比实验数据对模型进行验证；在本文的最后，对三种用来构成SCBUS-LINES的CICC导体进行了综合分析，以比较它们的性能。 GANDALF程序是用来分析C6导体(带有中心冷却通道的CICC导体)的热工水力、失超和稳定特性的一维有限元程序，大量的验证实验表明，GANDALF程序是值得信赖的工程工具。通过对GANDALF程序的改进，可将超导磁体内的一维热流分析发展成为三维热流分析。在不同扰动情况下，通过计算得到了TF导体和PF导体的稳定裕度，对它们的失超特性进行了详尽分析，并针对TF导体分析了扰动特性随加热长度的变化。 在实际情况中，邻近低温系统的暂态和稳态响应对磁体的性能有很大的影响，同时磁体的暂态过程对低温系统也有影响。对整个系统建模，可以得到独立的不包含任何自由参数的模拟，从而可显著提高模型的准确性。针对两个具体实验装置(QUELL和HT-TU)的低温系统，本文建立了简化模型，并用FORTRAN编写为子程序，与GANDALF程序耦合计算；并将计算得到的结果与实验数据进行对比。 由SCBUS-LINES(超导汇流线)、超导汇流线连接端子和电流引线组成的供电系统，用来作为HT-7U超导磁体的电流传输系统。要求供电系统能够从电流引线到超导线圈传输较大的电流，且不消耗能量。超导汇流线的可靠性和安全性较高，当出现紧急情况时，存储在线圈中大量的磁能必须能够通过供电系统引出。本文对三种用来制造SCBUS-LINES(超导汇流线)的CICC导体的性能进行了综合分析，它可为设计超导汇流线时的导体选择提供依据。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1研究背景

1.2国外发展情况

1.3本课题研究的主要内容

1.4本课题的意义

第二章CICC导体

2.1 CICC导体的发展及其研究的深入

2.2两种结构的CICC导体简图

2.3 CICC导体的优越性

2.4能量扰动的组成部分及失超的危害

2.5 CICC导体的稳定性研究

2.6国外CICC导体稳定性研究的数值模型

2.7本章小结

第三章修改的GANDALF程序

3.1 GANDALF程序的数值模型

3.2 GANDALF程序的可靠性

3.3修改的GANDALF程序

3.4本章小结

第四章CICC导体稳定性分析

4.1导体数据

4.2其他输入数据和边界条件

4.3 TF和PF导体运行的扰动特性和模拟情况

4.4数值参数

4.5 HT-7U超导托卡马克的TF导体稳定性分析结果

4.5.1 TF-1扰动情况下的失超特性

4.5.2电压随时间的变化

4.5.3氦的压力随时间的变化

4.5.4失超传播速度和正常区长度随时间的变化

4.5.5温度和温度裕度随时间的变化

4.5.6失超性状随加热长度的变化

4.6 HT-7U超导托卡马克的PF导体稳定性分析结果

4.6.1 CS-1扰动情况下的失超特性

4.7本章小结

第五章对制冷回路建模及验证

5.1背景说明

5.2水力网络各组件的数学模型

5.2.1容积的数学模型

5.2.2联接管路的数学模型

5.2.3网络组合

5.3模型的验证

5.3.1对QUELL装置的冷却回路建模并验证

5.3.2对HT-7U的冷却回路建模及验证

5.4本章小结

附录

第六章SC BUS-LINES导体稳定性分析

6.1导体参数和边界条件

6.2计算结果与分析

6.2.1稳定裕度

6.2.2在同样条件下，三种导体稳定性的比较

6.2.3临界能量密度与运行电流的关系

6.3本章小结

第七章总结

参考文献

论文发表情况

附表

致谢

论文答案辩说明及关于论文使用授权的说明