M線圈的冷卻水管的規(guī)劃

M線圈的冷卻水管的規(guī)劃第1頁(yè)/共14頁(yè)縱場(chǎng)線圈的橢圓管與圓管的換熱分析

根據(jù)l=18m

那根據(jù)銅的比熱為390J/(kg?C)14s的絕對(duì)溫升為：61.5?C那么不加水冷的絕對(duì)溫度為81.5?C第2頁(yè)/共14頁(yè)

截面尺寸單位長(zhǎng)度換熱面積單位長(zhǎng)度流體阻力圓管8mm直徑12.566e-3m2/l2.18e4Pa/m橢圓管長(zhǎng)軸12.8mm,短軸5mm27.96e-3m2/l2.43e4Pa/m

直段單位長(zhǎng)度的流體損失一匝線圈的平均溫度?C流速(m/s)圓管橢圓管圓管橢圓管31.23e4Pa/m1.37e4Pa/m787542.18e4Pa/m2.43e4Pa/m77.274.453.4e4Pa/m3.78e4Pa/m77.0574.164.9e4Pa/m5.45e4Pa/m76.873.876.67e4Pa/m7.42e4Pa/m76.573.588.7e4Pa/m9.69e4Pa/m75.470.3在水管截面積為64mm2，經(jīng)理論分析得出，橢圓管的單位長(zhǎng)度的壓降稍大，最大0.097MPa/m，但是橢圓管散熱的線圈平均溫度要比圓管散熱的線圈低，最低為70.3?C線圈施加電流140kA，持續(xù)14s，冷卻水持續(xù)以表格中的流速冷卻線圈，根據(jù)線圈的極限發(fā)熱和換熱，得出冷卻14s時(shí)的線圈溫度。第3頁(yè)/共14頁(yè)簡(jiǎn)化的TF模型

這個(gè)TF模型由七匝組成了一餅線圈，每匝線圈是串聯(lián)的，每匝之間留出了絕緣材料的間隙，水管槽也摳掉了，能比較真是反應(yīng)TF線圈的真實(shí)熱載荷。第4頁(yè)/共14頁(yè)最高溫度為57?C，中心柱的溫度比較集中，上、下拐角處溫度最高，最高溫度與鄰近溫差較小，熱應(yīng)力不會(huì)集中，因此，我下面主要是對(duì)中心柱的冷卻水路進(jìn)行優(yōu)化。TF線圈絕對(duì)溫度第5頁(yè)/共14頁(yè)TF線圈絕對(duì)溫度最高溫度為55.4?C，中心柱的溫度比較集中，上、下拐角處溫度最高，最高溫度與鄰近溫差較小，熱應(yīng)力不會(huì)集中，因此，我下面主要是對(duì)中心柱的冷卻水路進(jìn)行優(yōu)化。第6頁(yè)/共14頁(yè)TF線圈絕對(duì)溫度最高溫度為62.9?C，中心柱的溫度比較集中，上、下拐角處溫度最高，最高溫度與鄰近溫差較小，熱應(yīng)力不會(huì)集中，因此，我下面主要是對(duì)中心柱的冷卻水路進(jìn)行優(yōu)化。第7頁(yè)/共14頁(yè)TF線圈內(nèi)直段局部的優(yōu)化方案DIII-D的管道布置方案優(yōu)化方案1優(yōu)化方案2此方案的水管布置有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1、分三路冷卻TF，每路的流體相對(duì)獨(dú)立，維持了冷卻水流的穩(wěn)定；2、水溫不會(huì)升的很高，線圈的冷卻循環(huán)時(shí)間間隔短。此方案的缺點(diǎn):1、外回路水管很多，空間布置困難。此方案的水管布置有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1、水溫不會(huì)升的很高，線圈的冷卻循環(huán)時(shí)間間隔短。2、優(yōu)化了DIII-D的外回路，減少了外回路的管道數(shù)量。缺點(diǎn)：1、可能會(huì)在三路水管的流速分布會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)。2、分三路冷卻TF，進(jìn)出口的流量和壓降大。此方案的水管布置有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1、分兩路冷卻TF，進(jìn)出口的流量和壓降小。2、線圈的加工制造成本下降了，線圈的截面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度比較好。優(yōu)化了DIII-D的外回路，減少了外回路的管道數(shù)量。第8頁(yè)/共14頁(yè)DIII-D的方案

-TF線圈內(nèi)直段局部的熱應(yīng)力分析TF內(nèi)直段最大溫度場(chǎng)分布TF內(nèi)直段線圈有三路冷卻水管，冷卻水的流速5m/s，加載最大電流在140KA，右圖上、右圖下分別為TF內(nèi)直段線圈的溫度分布和水管側(cè)的壓力加載。TF內(nèi)直段水管側(cè)的壓力加載第9頁(yè)/共14頁(yè)最高溫度為44.16?C，對(duì)應(yīng)的最大無約束時(shí)的熱變形為0.44mm；對(duì)TF內(nèi)直段線圈施加全位移約束時(shí)，線圈的熱應(yīng)力分布，可見最大的熱應(yīng)力在冷卻水管位置，最大應(yīng)力值為53.5MPa，圖中負(fù)值表示應(yīng)力指向x軸負(fù)方向。DIII-D的方案--TF線圈內(nèi)直段局部的熱應(yīng)力分析第10頁(yè)/共14頁(yè)TF線圈內(nèi)直段局部的優(yōu)化方案優(yōu)化方案1優(yōu)化方案2從上面的計(jì)算結(jié)構(gòu)來看，兩種優(yōu)化方案的壓降在各管的分叉處均勻，各分叉管的水流場(chǎng)相對(duì)穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)局部的高壓損和渦流壓損，流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果表明兩種方案都可行。第11頁(yè)/共14頁(yè)歐姆線圈的水冷

為了避免重復(fù)建立歐姆有限元模型，歐姆1線圈優(yōu)化的前后，只變了單匝線圈的截面積，根據(jù)上式，也就是改變了電阻和電流，歐姆1線圈優(yōu)化前優(yōu)化后線圈截面積26mmX26mm26mmX29mm線圈冷卻水孔11mm11mm由于冷卻水孔直徑?jīng)]變，為了能利用優(yōu)化前的模型計(jì)算優(yōu)化后的冷卻效果，只需讓優(yōu)化前后的線圈發(fā)熱量相等即可，根據(jù)歐姆定理，得出，優(yōu)化后加載在歐姆原模型上的電流為：

第12頁(yè)/共14頁(yè)歐姆線圈的水冷根據(jù)歐姆線圈的輸入電流，得出歐姆線圈的溫度，在0～13s期間，線圈的溫度程指數(shù)函