CFETR中心螺線管線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計和電磁分析.pdf

1、中國聚變工程實驗堆CFETR是即將由我國自主研制、物理和工程參數(shù)介于ITER和DEMO之間的托卡馬克實驗堆，對我國未來實現(xiàn)商業(yè)核聚變反應(yīng)堆具有重要意義。中心螺線管是CFETR的核心部件之一，對等離子體的產(chǎn)生、成形和穩(wěn)定運行起到關(guān)鍵作用。本文對CFETR中心螺線管以及相關(guān)的支撐結(jié)構(gòu)、預(yù)緊結(jié)構(gòu)設(shè)計作了較為詳細的描述，并為驗證其安全性和合理性進行了較為完整的電磁和結(jié)構(gòu)分析。
　　本文首先使用ANSYS有限元分析軟件對CFETR超導(dǎo)磁體系

2、統(tǒng)進行了在ITER-like、Super-X以及Snow-flake三種不同的磁場位形下的二維和三維電磁分析，得到了CFETR在穩(wěn)態(tài)電流工況下的磁感應(yīng)強度和電磁力的大小和分布，所得磁場的峰值達到了11.89 T，結(jié)果較好地滿足了設(shè)計所要求的理論值。通過電磁分析所得到的電磁力結(jié)果為中心螺線管的結(jié)構(gòu)分析提供了重要的載荷。同時還對中心螺線管進行了三維瞬態(tài)電磁分析，得到了瞬態(tài)電流工況下的渦流、電磁力和焦耳熱等結(jié)果，為進一步進行結(jié)構(gòu)和熱分析提供了

3、重要載荷條件。
　　本文使用ANSYS對CFETR中心螺線管線圈及其相關(guān)結(jié)構(gòu)（包括預(yù)緊力結(jié)構(gòu)、下部支撐結(jié)構(gòu)、上部對中結(jié)構(gòu)以及絕緣板等）進行了較為詳細準(zhǔn)確的有限元建模，并利用電磁分析所得的電磁力結(jié)果對上述結(jié)構(gòu)進行了詳細的電磁—結(jié)構(gòu)耦合有限元分析，得到了中線螺線管以及相關(guān)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和位移等結(jié)果。在電磁—結(jié)構(gòu)耦合分析的基礎(chǔ)之上，采用保持預(yù)緊力載荷不變、改變預(yù)緊板徑向厚度的方法對預(yù)緊力結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部件預(yù)緊板進行了優(yōu)化分析。上述所得結(jié)果較好地