EAST新型四电极ICRF加热天线设计与研究

摘要

离子回旋共振加热是EAST托卡马克装置中常用的有效辅助加热方法之一，新型ICRF加热天线的质量好坏将会直接影响EAST装置中等离子体的各项基本物理参数。本文主要从整个新型ICRF加热天线的安全性、可靠性方面考虑，对各个关键部件的机械结构设计进行研究，并根据静力学、热力学和运用有限元仿真方法对各个关键部件进行传热、结构分析。
　　 首先，介绍新型ICRF加热天线的设计准则、目标参数和材料选择，再参考国内外各种离子回旋加热天线结合EAST装置实际情况，完成新型ICRF加热天线的保护限制器、法拉第屏蔽、电流带、真空传输线、真空馈口等关键部件和总体结构设计。其次，根据EAST装置的运行参数，对保护限制器、法拉第屏蔽冷却管道、电流带进行不同结构，不同工况的热分析，得出它们的温度分布情况，将热分析结果作为载荷对法拉第屏蔽冷却管道和电流带进行热应力分析，根据分析结果选择合理的冷却方案;对真空传输线内导体进行热变形计算和静力分析，比较内导体在改变波纹管厚度和增加支撑后的受力情况。最后，对新型ICRF加热天线进行虚拟装配，模拟新型ICRF加热天线的整个装配流程，并对其各个部件之间进行干涉检测。
　　 通过对新型ICRF加热天线的结构设计、关键部件的有限元仿真和整体虚拟装配，得到了新型ICRF加热天线的各项设计参数，验证了设计的可靠性和合理性，为未来对ICRF加热天线的进一步优化改进提供参考。

目录

声明

摘要

致谢

第一章 绪论

1．1 核聚变的背景与前景

1．1．1 人类发展对能源的需求

1．1．2 核聚变的前景

1．1．3 磁约束聚变研究的历史与前景

1．1．4 我国磁约束核聚变研究的历史与未来展望

1．2 离子回旋加热原理

1．3 国内外离子回旋共振加热现状

1．4 本文主要研究的内容、目的及意义

第二章 ICRF加热天线的设计准则

2．1 EAST离子回旋加热系统介绍

2．2 新型EAST离子回旋加热天线设计参数及准则

2．3 ICRF加热天线结构材料的选择

2．3．1 金属材料的选择

2．3．2 陶瓷材料选择

2．3．3 石墨材料的选择

2．4 应力强度校核

2．4．1 应力分类

2．4．2 强度校核准则

2．5 分析方法的选择

2．6 本章小结

第三章 新型ICRF加热天线结构设计

3．1 法拉第屏蔽结构设计

3．2 保护限制器结构设计

3．3 电流带结构设计

3．4 真空传输线设计

3．5 真空馈口设计

3．6 天线支撑及移动结构设计

3．7 本章小结

第四章 新型ICRF加热天线热-结构分析

4．1 新型ICRF加热天线传热类型

4．2 ANSYS软件介绍

4．3 ANSYS热分析基本理论

4．3．1 稳态热分析

4．3．2 瞬态传热

4．3．3 边界条件和初始条件

4．3．4 热应力分析

4．4 新型ICRF加热天线传热-结构分析

4．4．1 保护限制器的热分析

4．4．2 法拉第屏蔽热-结构分析

4．4．3 电流带的热-结构分析

4．4．4 真空传输线结构分析

4．5 本章小结

第五章 新型ICRF加热天线虚拟装配

5．1 虚拟装配技术简介

5．2 新型ICRF加热天线装配

5．3 新型ICRF加热天线干涉分析

5．4 本章小结

第六章 全文总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文