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HL-2M内部共振磁扰动线圈的初步设计及应力与热分析

HL-2M内部共振磁扰动线圈的初步设计及应力与热分析

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作者：岑义顺华中科技大学

学位级别：硕士

核工业西南物理研究院(SWIP)正在运行的常规铜导体托卡马克装置HL-2A正在改造为HL-2M装置，装置将充分继承原装置运行、实验、加热和控制灵活等特性。HL-2M上规划的等离子体辅助加热总功率将达到20MW，从而获得高比压β、高能量约束时... 详细信息

核工业西南物理研究院(SWIP)正在运行的常规铜导体托卡马克装置HL-2A正在改造为HL-2M装置，装置将充分继承原装置运行、实验、加热和控制灵活等特性。HL-2M上规划的等离子体辅助加热总功率将达到20MW，从而获得高比压β、高能量约束时间和高自举电流的等离子体，使之更有利于研究高品质高参数的近堆芯等离子体的相关物理问题。为了控制和研究高品质高参数的等离子体，HL-2M装置将在真空室内布置共振磁扰动（RMP）线圈以抑制等离子体的边界局域模（ELM）和电阻壁模（RWM）等磁流体动力学（MHD）不稳定性，同时线圈可用于补偿装置的误差场，改善等离子体约束。线圈通过的最大电流5kA，频率从直流到约1kHz，真空室上半部分环向均布两组线圈（1×6，1×18），下半部分的线圈与上半部分对称。内部RMP线圈需要解决在非常有限的空间内实现固定支撑、绝缘、真空密封等难题，且线圈要能够承受较大的电磁载荷和热载荷。本文对HL-2M装置内部RMP线圈的机械结构、固定支撑、绝缘、真空密封等进行了初步设计，并采用有限元分析方法，对线圈的支撑结构进行了优化，使线圈上电磁力引起的应力达到最小，进而进行强度校核与寿命计算，同时，对正常运行和高温烘烤300℃两种工况下线圈的温升以及相应的热应力进行了计算，评估了热应力都在可以接受的范围内，不同工况下线圈进行水冷的冷却时间等计算结果也在文中做了介绍。

关键词： HL-2M托卡马克共振磁扰动线圈有限元分析

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托卡马克RMP线圈的等离子体电磁仿真研究

托卡马克RMP线圈的等离子体电磁仿真研究

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作者：付家林电子科技大学

学位级别：硕士

为了解决能源问题,受控热核聚变研究迫在眉睫。在磁约束核聚变研究中,高约束(H)模放电实验能够增加约束时间,这对于聚变研究具有重大意义,是磁约束核聚变研究的主要方向。因此,国内聚变研究机构正在设计以高约束模放电为主的新型托卡马... 详细信息

为了解决能源问题,受控热核聚变研究迫在眉睫。在磁约束核聚变研究中,高约束(H)模放电实验能够增加约束时间,这对于聚变研究具有重大意义,是磁约束核聚变研究的主要方向。因此,国内聚变研究机构正在设计以高约束模放电为主的新型托卡马克。然而,由于高约束模放电具有很高的运行参数,这会发生边缘局域模(ELM)、电阻壁模(RWM)等一些磁流体(MHD)不稳定性。这对于实现聚变反应是非常不利的影响。为了控制高约束模放电实验中的磁流体不稳定性,从而保障能够顺利进行对具有高参数等离子体的高约束模放电进行研究。新型托卡马克装置将会在其真空室内部安装16个鞍形共振磁扰动(RMP)线圈,每个线圈为4匝,其中中平面上面的布置8个线圈,下部与之对称。线圈设计通过的最大电流为15 kA。内部RMP线圈需要解决在非常有限的空间内实现固定支撑、绝缘、真空密封等难题,且线圈要能够承受较大的电磁载荷和热载荷。本文上的主要研究内容和目的是:通过对RMP线圈支撑进行受力分析和计算在新型托卡马克等离子体放电实验中RMP线圈受到的电磁载荷,从而计算出RMP线圈在各种放电位形下的机械形变,并根据设计模型的结构特点验证其合理性并提供优化和该进建议。具体工作内容如下:1.使用SolidWorks建立RMP线圈机械模型。2.使用ANSYS workbench对RMP线圈支撑结构进行受力分析,为后面进行的电磁载荷计算之后求出机械形变做铺垫。3.用ANSYS APDL建立RMP线圈极向场分析模型。并对等离子体放电实验中常见的的几种极向场位形进行仿真,得出其磁场位形分布。然后再加载极向场放电位形电流负载的同时在RMP加载15KA的最大设计电流计算RMP线圈上受到的电磁力负载。最后根据些负载与前面计算的支撑结构刚度计算出RMP支撑结构的形变量,并根据模型的结构特点分析其合理性和优化建议。4.用ANSYS APDL建立RMP线圈环向场分析模型。根据环向场的最大电流,计算出RMP线圈受到环向场线圈负载,并分析RMP模型对于环向场的合理性和优化。5.在计算极向场和环向场分析仿真法研究的过程中对RMP线圈负载进行了仿真,并根据其仿真结果利用电磁学理论分析其工作性能。

关键词：托卡马克等离子体共振磁扰动线圈有限元电磁仿真

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