CICC導(dǎo)體截面股線傳熱特性的實驗及數(shù)值模擬研究.pdf

1、國際熱核聚變試驗堆(簡稱ITER)通過巨型超導(dǎo)磁體產(chǎn)生強磁場約束高溫等離子體流動來實現(xiàn)可控的熱核聚變的目的。管內(nèi)電纜(也稱CICC導(dǎo)體)繞制的磁體線圈成為ITER裝置中的核心部件，決定著整個裝置的安全性和功能性。CICC導(dǎo)體通過液氦沿著股線間的空隙流動作為主要冷卻手段。在實際運行過程中，超導(dǎo)股線在巨大的電磁力作用下，股線間孔隙率的變化對其冷卻效率及CICC導(dǎo)體的熱穩(wěn)定性產(chǎn)生巨大的影響。近年來，蘭州大學(xué)力學(xué)系提出將CICC導(dǎo)體截面上的股線

2、簡化為顆粒單元、電磁力等效為單向均布壓力的設(shè)想，采用離散單元法(DEM)對股線的接觸力進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到顆粒之間接觸力及其方向分布的統(tǒng)計結(jié)果。本文采用同樣的思路，對股線在外加均布壓力作用下的傳熱特性開展初步的實驗探討。目前針對顆粒系統(tǒng)傳熱特征的實驗研究鮮有報道，主要由于傳統(tǒng)溫度傳感器在顆粒系統(tǒng)中難以布置和測量。因此，本論文提出采用熒光溫度敏感涂料對顆粒表面溫度分布進(jìn)行全場測試的方法，結(jié)合傳統(tǒng)光測彈性力學(xué)原理得到顆粒接觸力鏈實驗觀測的基

3、礎(chǔ)上，對顆粒體系的傳熱進(jìn)行了初步的探索，特別是對于外加縱向壓力對顆粒系統(tǒng)傳熱的調(diào)控進(jìn)行了實驗和數(shù)值模擬，主要結(jié)果如下：
　　(1)利用Eu(TTA)3在20-80℃亮度與溫度呈較好線性關(guān)系的特點，對其進(jìn)行精確制備和準(zhǔn)確標(biāo)定，為后續(xù)實驗提供觀測基礎(chǔ)。搭建了單/多顆粒組合熱傳導(dǎo)測試平臺，對實驗系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了討論。對單顆粒樣品和多顆粒樣品在外加載荷作用下的傳熱過程進(jìn)行了實驗測量，得到了外加載荷可以顯著的提升顆粒樣品熱傳導(dǎo)的規(guī)律。特別

4、地，對于多顆粒組合，對比了不同的載荷大小及方向?qū)佑|傳熱速度的影響。結(jié)合光測彈性力學(xué)原理獲得顆粒體系的力鏈分布，最終給出了熱流量優(yōu)先沿著力鏈方向進(jìn)行傳播的結(jié)論。
　　(2)采用COMSOL仿真軟件對本文單顆粒和多顆粒體系在外加載荷作用的傳熱過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。數(shù)值模擬采用的幾何模型和實驗完全一致，顆粒之間的接觸傳熱系數(shù)采用了本文實驗給出的擬合公式，而接觸面積的計算采用經(jīng)典的Hertz接觸模型。結(jié)果顯示，縱向壓力的引入可以加速熱傳導(dǎo)