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1、HL-2M TF线圈的水冷管规划江嘉铭,1 纵场线圈的水管截面的设计,1.2纵场线圈的椭圆管与圆管的换热分析,图中的为管道的换热面,纵场线圈的椭圆管与圆管的换热分析,根据l=18m,那根据铜的比热为390J/(kg C),14s的绝对温升为：61.5 C,那么不加水冷的绝对温度为81.5 C,简化的TF模型,这个TF模型由七匝组成了一饼线圈，每匝线圈是串联的，每匝之间留出了绝缘材料的间隙，水管槽也抠掉了，能比较真是反应TF线圈的真实热载荷。,最高温度为57C，中心柱的温度比较集中，上、下拐角处温度最高，最高温度与邻近温差较小，热应力不会集中，因此，我下面主要是对中心柱的冷却水路进行优化。,TF
2、线圈绝对温度,TF线圈绝对温度,最高温度为55.4C，中心柱的温度比较集中，上、下拐角处温度最高，最高温度与邻近温差较小，热应力不会集中，因此，我下面主要是对中心柱的冷却水路进行优化。,TF线圈绝对温度,最高温度为62.9C，中心柱的温度比较集中，上、下拐角处温度最高，最高温度与邻近温差较小，热应力不会集中，因此，我下面主要是对中心柱的冷却水路进行优化。,TF线圈内直段局部的优化方案,DIII-D的管道布置方案,优化方案1,优化方案2,此方案的水管布置有两个优点： 1、分三路冷却TF，每路的流体相对独立，维持了冷却水流的稳定； 2、水温不会升的很高，线圈的冷却循环时间间隔短。 此方案的缺点:
3、1、外回路水管很多，空间布置困难。,此方案的水管布置有两个优点： 1、水温不会升的很高，线圈的冷却循环时间间隔短。 2、优化了DIII-D的外回路，减少了外回路的管道数量。 缺点： 1、可能会在三路水管的流速分布会出现波动。 2、分三路冷却TF，进出口的流量和压降大。,此方案的水管布置有两个优点： 1、分两路冷却TF，进出口的流量和压降小。 2、线圈的加工制造成本下降了，线圈的截面结构强度比较好。 优化了DIII-D的外回路，减少了外回路的管道数量。,DIII-D的方案 -TF线圈内直段局部的热应力分析,TF内直段最大温度场分布,TF内直段线圈有三路冷却水管，冷却水的流速5m/s，加载最大电流
4、在140KA，右图上、右图下分别为TF内直段线圈的温度分布和水管侧的压力加载。,TF内直段水管侧的压力加载,最高温度为44.16C，对应的最大无约束时的热变形为0.44mm；对TF内直段线圈施加全位移约束时，线圈的热应力分布，可见最大的热应力在冷却水管位置，最大应力值为53.5MPa，图中负值表示应力指向x轴负方向。,DIII-D的方案-TF线圈内直段局部的热应力分析,TF线圈内直段局部的优化方案,优化方案1,优化方案2,从上面的计算结构来看，两种优化方案的压降在各管的分叉处均匀，各分叉管的水流场相对稳定，没有出现局部的高压损和涡流压损，流场计算结果表明两种方案都可行。,欧姆线圈的水冷,为了避免重复建立欧姆有限元模型，欧姆1线圈优化的前后，只变了单匝线圈的截面积，根据上式，也就是改变了电阻和电流，,由于冷却水孔直径没变，为了能利用优化前的模型计算优化后的冷却效果，只需让优化前后的线圈发热量相等即可，根据欧姆定理，得出，优化后加载在欧姆原模型上的电流为：,欧姆线圈的水冷,根据欧姆线圈的输入电流，得出欧姆线圈的温度，在013s期间，线圈的温度程指数函数曲线上升，冷却水以4m/s流速持续循环，从图表曲线不能看出，优化前后的欧姆线圈温度变化不是很大，最大温度在90.08C。,欧姆1线圈的最大温升分布图,
