CFETR平衡场线圈结构设计和电磁分析

【摘要】近年来我国的磁约束受控聚变能源(MFE)研究取得了长足的发展,两个大型托卡马克装置HL-2A以及EAST也都取得了较大的科研进展,部分实验研究成果和实验技术达到国际先进水平。为了充分弥补ITER和DEMO之间的差距,为建造DEMO奠定科学、技术和工程基础,这个平台就是中国聚变工程实验堆(CFETR,ChinaFusionEngineeringTestingReactor)。平衡场线圈作为磁体系统的重要组成部分,不仅直接影响到等离子体平衡中垂直场和水平场的维持,而且其结构和参数都直接影响着等离子体的参数和品质,关系到整个装置建设的成败。因而有必要在设计阶段对平衡场线圈进行有限元分析,目的是提供一个满足物理设计要求且安全可靠的平衡场磁体系统。本文先阐述了CFETR准备运行的三种位形,然后利用ANSYS有限元软件对CFETR磁体装置进行了相关的电磁分析,尤其对三种平衡电流位形下进行了详细的分析,为后续的工程设计和物理实验方面提供了理论依据。对于极向场线圈,分别用二维、三维电磁分析互相印证,所有的计算结果在CFETR设计基准内,其磁感应强度分布也符合预期中三种等离子体平衡位形要求,为后续CFETR磁体电磁问题的解决提供了重要方式。在电磁分析的基础上,单独对装置中的平衡场线圈完成了电磁结构耦合分析,完成了对各个工况下的性能仿真和相关力学计算,以优化结构设计并提高装置的可靠性,确保其各个参数能达到设计要求。通过单变量比对,研究分析了绝缘层厚度、支撑块厚度及个数对整个平衡场系统支撑结构的影响。分析结果表明,现阶段的设计方案是合理的,是在满足空间设计和大安全裕度的条件下选取最佳设计方案。
【作者】胡聪；
【导师】宋云涛；
【作者基本信息】中国科学技术大学，核能科学与工程，2014，硕士
【关键词】中国聚变工程实验堆；平衡场线圈；有限元分析；

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