KTX真空室烘烤除气系统研制

摘要

持续烘烤真空室是改善磁约束聚变装置真空性能，从而提高等离子体品质的重要方法。本文针对我国完全自行研制的先进反场箍缩装置KTX(Keda Toruse Xperiment)，设计并研制了感应加热式真空室烘烤系统。科大反场箍缩装置KTX真空室由内层不锈钢、外层稳定铜壳以及其间的绝缘材料复合构成。本文提出利用KTX装置纵场线圈作为初级绕组，采用感应加热的方法加热不锈钢真空室，避免了额外烘烤系统的重复投资，兼顾了夹层中绝缘材料温度控制的难点。
　　本文通过长直柱位形下的电磁场理论分析，在真空室烘烤条件下，采用平板位形、以及良导体近似，给出了电磁场在真空室壁内的衰减特征。在环位形下数值模拟，给出了由于环效应以及线圈分布带来的电流分布的不均匀性，真空室壁上各处的电流分布特点，磁场分布特点，磁场在真空室壁上的衰减。得出当频率在800Hz时加热效率最高。
　　计算在平板位形下，当达到热平衡时，理论计算得出了真空室以及隔热层的温度分布。得出在在30KW加热功率下，不同热对流表面交换系数以及恒定表面辐射系数情况下真空室的温度。计算出中等对流热交换系数的情况下，真空室烘烤到150℃所需要的功率以及到达该温度所需要的时间。表明了40kW加热功率可以将真空室烘烤到150℃。
　　工频感应加热电源采用晶闸管H桥逆变电路为串联LC谐振电路供电，通过调节整流晶闸管的触发角，改变整流输出端电压改变功率。通过频率跟踪技术,跟踪LC谐振频率改变H桥触发频率，尽可能使得电路工作在谐振状态。为改进逆变电流信号输出,理论计算采用PWM技术下，得出输出电流特征。通过simulink仿真计算整流回路以及逆变电路的特征。确保实验的正确性。
　　通过1/4段真空室和6饼纵场线圈，进行真空室烘烤台面实验。在将整流端电压调至500V，电流调至200A时可以迅速将温度升高至200℃，以后再调节逆变电流为50A可以将温度维持在200℃，得出不同时刻的温度空间分布图像以及测量点的温度随时间的变化。表明了烘烤方案的选择的正确性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 国际上主要的磁约束装置

1．2 主要磁约束装置烘烤方案

第二章 KTX烘烤方案的选择

2．1 KTX装置介绍

2．2 根据KTX结构特征烘烤方案自

第三章 KTX真空室烘烤电磁场计算

3．1 KTX真空室烘烤的电磁理论模型

3．1．1 KTX真空室烘烤电磁场的理论计算

3．2 KTX环位形下加热烘烤数值模拟

3．2．1 真空室烘烤频率的选择

3．2．2 真空室壁上磁场的变化

3．2．3 真空室壳上的涡旋电流

3．3 本章小结

第四章 KTX真空室烘烤温度场计算

4．1 真空室烘烤温度场计算

4．1．1 真空室烘烤稳态时的温度分布

4．1．2 计算烘烤升温时间

4．2 真空室烘烤数值计算

4．2．1 真空室主体温度分布

4．2．2 稳态时诊断窗口的温度分布

4．2．3 测量点的选择

4．3 本章小结

第五章 KTX烘烤电源设计

5．1 烘烤电源理论设计以及计算

5．1．1 烘烤电源总体设计

5．1．2 整流电路计算

5．1．3 逆变电路计算

5．2 真空室烘烤电源仿真计算

5．2．1 整流部分仿真

5．2．2 逆变电路仿真计算

5．3 KTX烘烤实验安装

5．4 本章小结

第六章 烘烤台面实验

6．1 真空室烘烤电源以及操作流程

6．2 台面实验测试结果

第七章 未来展望

7．1 真空室烘烤系统的总结

7．2 真空室烘烤系统展望

参考文献

致谢

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