40-T混合磁體外超導線圈迫流氦流動摩擦因子分析.pdf

1、強磁場的應用領域非常廣泛，在材料科學、生物工程與醫(yī)療以及各種工業(yè)和農業(yè)應用方面均能發(fā)揮重要作用，強磁場實驗裝置能為這些領域的探索研究提供必要的實驗環(huán)境。40-T混合磁體項目是由國家發(fā)改委資助、由中國科學院強磁場科學中心承擔建設的國家大科學實驗裝置“穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置”的主要建設內容之一。該試驗裝置于2016年年底在32mm室溫孔徑中獲得40-T穩(wěn)態(tài)磁場，它由外超導磁體和內水冷磁體組成，其中外超導磁體線圈由Nb3Sn管內電纜導體(CICC

2、)繞制而成，采用4.5K超臨界氦對26條線圈通道進行迫流冷卻。
　　CICC導體由多股超導股線和銅線經過多級扭絞然后包套于不銹鋼鎧甲內而成，屬于內冷導體。超臨界氦在CICC導體內部流動，受到摩擦阻力作用產生壓降和熱耗散，同時帶走導體在勵磁過程中產生的熱量。CICC摩擦因子的測量與分析是優(yōu)化磁體線圈冷卻策略、提高磁體運行性能的有效途徑。本文旨在通過分析超臨界氦在40-T混合磁體外超導磁體各線圈的摩擦因子，以優(yōu)化磁體低溫冷卻回路和熱力

3、學工況，從而提高40-T混合磁體外超導磁體的低溫穩(wěn)定性，為該裝置達到更高的磁場提供保障。
　　Katheder經驗公式被廣泛地用于CICC摩擦因子的計算，但由于40-T混合磁體線圈各支路的CICC導體結構獨特，若采用該公式來計算40-T混合磁體外超導磁體線圈內的流動摩擦因子，會存在較大誤差，因此，需要修正Katheder經驗公式來輔助該裝置線圈內的流動狀態(tài)和壓降等方面的分析和研究。
　　本文通過采用氦流體進行建模分析的方法對