cicc超导体数字模拟设计

《cicc超导体数字模拟设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、维普资讯http://www.cqvip.com低温与超导Vo1．33No．3第33卷第3期2005年8月CRYOGENICSANDSUPERCONDUCTIVITYAug。2005CICC超导体数字模拟设计蒋华伟，武松涛(中国科学院等离子体物理研究所，合肥230031)摘要：CICC超导体是大型低温超导磁体的首选导体，在大电流和快速变化磁场环境以及给定稳定性裕度等条件下，开展CICC超导体结构的优化设计及稳定性分析的研究就显得非常重要。因此文中针对CICC导体设计，提出数字模拟设计的想法，并将数字模拟设计结果与工程设计值进行了比较和分析，二者基本吻合关键词：

2、CICC；数字模拟设计；稳定性裕度1前言CICC(Cable-in-ConduitConductor)，简称管内电缆导体或铠装电缆导体。作为内冷超导家族的一员，早在1975年前已经引起人们的关注l_】。起初这些导体是由充满液氦的导管及缠绕在该导管表面的超导／铜缆所构成。由于管内高速湍流的液氦导致很大的压降以及在低温下巨大的功率损耗，这样，经Hoe—nig、1wasa和Montgomery等人建议：将导体细分为许多很细小的股，再由股构成电缆。后来又由Iue等人提出在导管上打孑L的方法以解决大截面导体失超压力过大的问题，为了限制通过孔渗透外泄的氦及其流动方向又把导

3、体设计成双层导管，在双层导管之间形成氦的回路，从而演变成现在的CICC导体。目前在中国建设的国家重大科学工程项目EAST(ExperimentalAdvancedSuperconductingToka—印的SST-1(SteadyStatea韩I簟—b．orean5upercond．uct⋯mgoRama，kAdvancrc．h)．上edNesea以及i上匕K(InternationalThermal-nuclearExperimentalReactor)等超导核聚变实验装置或实验堆上都无一例外地采用了CICC导体。图1为EAST装置上的超导纵场(Toroid

4、alField，TF)磁体的CICC结构。它是由四级绞缆构成，第一级子缆由2根NbTi／Cu股线和1根纯铜股线组成。随后二、三级的子缆分别由3根一级子缆、4根二子级缆分别构成，最后一级即第四级是由5根三级子缆围绕一个CCC(CenterCopperCable)形成，然后用0．1mm的不锈钢薄带进行叠包，接着穿管再加工成方形截面。图1CICC结构工程上CICC导体的设计工作是各种参数的优化过程，工作量较大。如果有数字模拟设计辅助，则工程量会相应的减轻。至今CICC导体数字模拟设计的报导较少，鉴于此，本文进行了CICC导体数字模拟设计的尝试。2CICC导体数字模拟

5、设计2．1CICC导体设计的基本思路CICC工程设计通常的方法是，根据预先设定的第一级子缆结构及导体的运行条件，例如运行电流、温度、背景场及预定的稳定性裕度及导体的空隙率参数等，ii-3g~临界电流密度、临界温度、分流温度、温度裕度，初定第一级绞缆中超导及铜的股线数，依此逐步粗略的定出二级子缆、三级子缆、四级子缆的股数，收稿日期：2005-07—14·34·维普资讯http://www.cqvip.com第3期蒋华伟等：CICC超导体数字模拟设计2005年获得导体的基本结构。根据导体的基本结构，可以得到各级子缆中超导面积和铜的面积，其中铜的面积指．的是超导股线

6、中铜的面积。接下来应对导体的各种参数重新进行校核计算，其中最重要的是对导体稳定性裕度的计算。如果稳定性裕度的计算值与预定稳定性裕度相符，则导体的设计基本符合要求，否则需要重新进行导体的优化和计算，直到最终符合设计要求为止。数字模拟设计程序的思路和工程设计思路基本相同，即根据给定的初始稳定性裕度，来确定CICC导体结构。但在模拟计算中采用了以下假定条件：①参与绞缆的纯铜股线是可以起到分流作用的稳定体(Stablizer)。因此在程序的计算中，铜的面积包括了起到分流作用的纯铜股线的面积，简称为分流铜的面积。②获得合理的导体电流密度，设定导体运行在过渡区间，即运行电

7、流大于下极限电流，小于上极限电流。并限定Stekly参数小于1，即导体运行时产生的焦耳热小于冷却氦带走的能量。③一级子缆采用3根股线绞缆(包括超导股线和铜股线)，这种结构相对比较稳定，在各级绞缆和最后压缩中不易发生位置变化，这种结构对导体的稳定性有利。同时在各级绞缆中，程序对导体进行了如下处理：若子缆间内切圆的直径大于1mm，则用相应的铜线填充，以此增强导体结构的稳定性。有了上述假设条件和给定的基本数值，就可以由程序开始优化计算。程序首先给出的是几种基本符合条件的导体结构，然后再由程序根据空隙率、铜超比进行优化设计，并校核稳定性裕度，最后给出所设计的导体结构示

8、意图，同时打印出导体设计报告。2．2C