兆瓦级中性束注入器差分抽气低温冷凝泵的设计研究

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1、密级：(生蜜迨塞擅星蜜堡!垒珏途塞丕夔呈2中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences博士学位论文培养单位：2013年5月ByWeiCuiADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofEngineeringHefeiInstitutesofPhysicalScience，ChineseAcademyofSciencesMay

2、，2013学位论文原创性声明郑重声明：本人呈交的学位论文《论文题目》，是在导师的指导下，进行研究工作取得的成果。论文中所有数据、图片资料均真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有的著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位，本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。本人签名：一隼垒日期：丝竺整旦堑望致谢在我攻读博士学位的三年里，得到了许多老师、同学和朋友在不同方面的关心和指导，借此毕业论文成稿之际，表达我对他们最诚挚的谢意。衷心

3、感谢我的导师胡纯栋研究员。胡老师渊博的学术知识、严谨的治学态度、精益求精的工作作风、平易近人的人格魅力以及对科学研究与工程实际紧密结合的工作方法都给我留下了深刻的印象，这些宝贵的精神财富将伴随我一生并不断地启迪和教育着我。导师所营造的宽松民主的学术氛围、轻松和谐的科研环境以及在学业方面给予的详尽指导，在思想和生活等方面给予的谆谆教诲和无尽关怀使我受益匪浅。这一切令我深为感激并将永远铭记。衷心感谢我的指导老师谢远来副研究员。谢老师博学多才、视角开阔、思维敏捷，对问题的独到见解和精辟分析使我获益匪浅。此外，在日常生活和工作中给予了很多照顾，是我的良师更是益

4、友。在此向谢老师表示最诚挚的谢意。衷心感谢等离子体物理研究所王绍虎研究员三年来在学习和工作中所给予的关怀和指点。衷心感谢刘智民、吴斌、刘胜、许永建、王进芳等诸位老师在工作和学习中给予的帮助和教导。感谢盛鹏、谢亚红、梁立振、蒋才超、李军、宋士花和于玲等师兄师姐在学习过程中给予的关心和指导。感谢陶玲、王军、李颖颖、王骥、田中俊、韦江龙、刘志伟、曹占龙、马功哲、潘植权、程斌、杨思皓、汪金新、胡兵、赵远哲等同学在学习过程中给予的帮助和讨论。衷心感谢研究生部李贵明、常昱红等老师在学习上给予的帮助。衷心感谢我的好友周成在学习和生活上给予的关心和帮助。最后，感谢我的

5、父母，在我学业生涯中给予的无尽关心和支持；感谢我的妻子，在我的学习、工作和生活中给予的理解、关心和支持；感谢我的儿子，让我为更加美好的未来努力拼搏。最后，再次感谢所有曾经关心和帮助过我的老师和朋友们。II崔伟2013年05月兆瓦级中性束注入器差分抽气低温冷凝泵的设计研究摘要为了维持EAST-NBI内的真空环境以满足中性束生成与传输过程对真空压力分布的要求，专门设计了适用于EAST-NBI的差分式低温冷凝泵。为了提高EAST-NBI用差分式低温冷凝泵的真空性能与运行效率，对其进行了结构分析和优化。为了提高低温冷凝泵的工作性能，详细分析了其工作性能的影响因

6、素。对低温冷凝泵抽速和极限压力进行分析，确定了它们的影响因素；对低温冷凝面温度进行分析，指出了泵内外的传热传质直接影响其稳定性；对差分式低温冷凝泵的运行速率进行分析，明确了其影响因素。通过对固态氘的饱和蒸气压和热导率的影响因素进行分析，提出了可以通过调节冷剂的供液量等措施来维持低温冷凝面温度，从而稳定低温冷凝泵的抽速；对真空系统的气体负载进行分析，明确了气体负载的组成部分及气体量的计算方法。通过分析现己应用于聚变装置的低温阵列，确定了EAST-NBI用差分式低温冷凝泵为三层圆饼结构，低温冷凝板为四块金属板拼接而成，辐射挡板选用人字形结构。运用蒙特卡罗方

7、法对EAST-NBI用差分式低温冷凝泵人字形辐射挡板结构进行分析，确定其结构参数。通过改变其多个影响因素，寻求最佳的结构参数，进一步优化低温冷凝泵的结构。详细阐述了EAST-NBI用差分式低温冷凝泵的供冷方式、低温冷凝泵材质、抽速和冷凝面积的确定，液氦系统和液氮系统热负荷的计算等关键问题。运用ANSYS对差分式低温冷凝泵之低温冷凝板和辐射挡板进行热分析，进一步验证其结构的合理性。以EAST-NBI综合测试台，对基于以上研究结论而设计的差分式低温冷凝泵的低温真空性能进行了实验验证。通过对实验结果进行分析可知，所设计的差分式低温冷凝泵能够满足EAST-NB

8、I对静态真空和动态真空的要求。关键词：中性束注入：差分式低温冷凝泵；蒙特卡罗；人字形辐射挡板传