中性束注入器漂移管道用液氦低温冷凝泵的研制

论文摘要

中性束注入加热技术由于其加热原理简单、技术理论成熟、注入功率高等优点而日趋成为一些大型核聚变装置的主要加热手段。本文在详细介绍中性束注入器的基本工作原理和漂移管道在其中重要作用的基础上,通过对三种不同的抽气机理进行分析,为漂移管道设计了一台抽速为20,000L/s的液氦低温冷凝泵。 文章深入探讨了低温冷凝泵的选型、选材;泵的设计计算及工艺;低温系统的热负荷分配;制冷剂消耗量的计算;液位的测量系统;温度及真空测量系统;人字型叶片和液氦冷凝面的温度分布;以及漂移管道内的气体分布等。通过对低温冷凝泵降温抽气的实验数据进行处理和分析,获取了低温冷凝泵的各项关键性能参数。 中性束注入器漂移管道用低温冷凝泵的研制,对于迅速抽除从中性束注入器主真空室过来的氢气,获得优良的束传输效率具有重要意义。为将来研究更大抽速的低温冷凝泵积累了丰富的工程和物理参数。

论文目录

• 绪论
• 1 课题的来源、目的及课题所研究的主要内容
• 2 课题的意义
• 第一章 中性束注入器的基本原理及结构
• 1.1 中性束注入器的结构和工作原理
• 1.2 低温冷凝泵对于中性束注入器的意义
• 第二章 低温泵的基本理论和特性参数
• 2.1 低温泵的分类
• 2.1.1 贮槽式低温泵
• 2.1.2 蒸发器式低温泵
• 2.1.3 制冷机低温泵
• 2.2 低温泵的抽气机理
• 2.2.1 低温冷凝抽气
• 2.2.2 低温吸附抽气
• 2.2.3 低温捕集抽气
• 2.3 低温冷凝泵的一般概念和物理基础
• 2.3.1 极限压强
• 2.3.2 低温冷凝抽气面的热负载及换热
• 2.3.3 低温冷凝泵的抽速
• 2.3.4 低温沉积层
• 2.3.5 低温冷凝泵的再生
• 2.3.6 低温冷凝泵的残气成分
• 2.3.7 低温冷凝泵工作寿命与抽气容量
• 第三章 低温冷凝泵的设计计算与制造工艺
• 3.1 制冷剂的选取及其性质
• 3.2 低温冷凝泵的总体结构设计
• 3.3 低温阵列的设计
• 3.3.1 液氦冷凝面的设计
• 3.4 杜瓦的构设计
• 3.5 低温冷凝泵的选材
• 3.5.1 低温阵列的选材
• 3.5.2 杜瓦及低温冷凝泵外壳的选材
• 3.6 制冷剂液位的测量
• 3.7 温度及真空度测量系统的选型
• 3.7.1 温度测量系统的选型
• 3.7.2 真空测量系统的选择
• 3.8 低温冷凝泵的制造工艺
• 3.8.1 奥氏体不锈钢的焊接工艺要点
• 3.8.2 奥氏体不锈钢焊接方法的选择
• 3.8.3 紫铜的焊接特点及焊接工艺
• 3.9 低温泵的总装配图
• 第四章 低温冷凝泵的热力学分析和温场分布
• 4.1 液氦系统的热负荷及液氦杜瓦容积的确定
• 4.1.1 液氮系统对液氦系统的辐射热
• 4.1.2 液氮杜瓦及上下挡板对液氦杜瓦的辐射热
• 4.1.3 回气管道漏热
• 4.1.4 液氦系统吊挂件的传导热
• 4.1.5 气体导热
• 4.1.6 经过“人”字型挡板的光反射而透过的热量
• 4.1.7 被冷凝气体的载热
• 4.1.8 测量导线的漏热
• 4.1.9 液氦的消耗量
• 4.1.10 液氦杜瓦的容积
• 4.2 液氮系统的热负荷及液氮杜瓦容积的确定
• 4.2.1 室温器壁对人字形挡板辐射热
• 4.2.2 室温器壁对液氮杜瓦及其附属结构的辐射热
• 4.2.3 颈管的漏热
• 4.2.4 气体导热
• 4.2.5 被冷却气体载热
• 4.2.6 经测量导线的漏热
• 4.2.7 液氮的消耗量
• 4.2.8 液氮杜瓦的容积
• 4.3 低温泵的温度场分布
• 4.3.1 真空下冷板的热力状态
• 4.3.2 “人”字型叶片的温度分布
• 4.3.2.1 叶片温度分布物理模型的建立
• 4.3.2.2 叶片温度分布数学模型的建立
• 4.3.2.3 叶片温度分布的曲线模拟
• 4.3.3 液氦冷凝面的温度分布
• 4.3.3.1 液氦冷凝面物理模型的建立
• 4.3.3.2 液氦冷凝面数学模型的建立
• 4.3.3.3 matlab模拟的液氦冷凝面温度分布与实际温度分布
• 第五章 漂移管道真空系统压力分布理论分析
• 5.1 中性束注入系统的气源
• 5.2 漂移管道内气源分析
• 5.2.1 再电离损失产生的气体量
• 5.2.2 主真空室扩散到漂移管道内的气体量
• 5.3 漂移管道内的压力分布
• 第六章 低温冷凝泵降温抽气实验
• 6.1 低温冷凝泵的实验系统
• 6.2 实验前的准备工作
• 6.2.1 低温系统的检漏实验
• 6.2.2 漂移管道箱体检漏实验
• 6.3 实验的操作步骤
• 6.4 低温阵列中温度计的安装
• 6.5 低温冷凝泵的降温抽气实验及分析
• 6.5.1 液氮系统的温度采集
• 6.5.2 液氮充注期间系统真空度的变化
• 6.5.3 液氦系统的温度采集
• 6.5.4 液氦充注期间系统真空度的变化
• 6.6 讨论
• 第七章 结论
• 参考文献
• 个人论文
• 附录