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纵场线圈的水管截面的设计纵场线圈的椭圆管与圆管的换热分析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纵场线圈的椭圆管与圆管的换热分析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： C那么不加水冷的绝对温度为 C截面尺寸截面尺寸单位位长度度换热面面积单位位长度流体度流体阻力阻力圆管管8mm直径12.566 e-3 m2/l2.18e4 Pa/m椭圆管管长轴12.8mm,短轴5mm27.96 e-3 m2/l2.43e4 Pa/m直段单位长度的流体损直段单位长度的流体损失失一匝线圈的平均温度一匝线圈的平均温度C流速流速(m/s)圆管椭圆管圆管椭圆管31.23e4 Pa/m1.37e4 Pa/m787542.18e4 Pa/m2.43e4 Pa/m77.274.453.4 e4 Pa/m3.78e4 Pa/m77.0574.164.9 e4 Pa/m5.45e4 Pa/m76.873.876.67 e4 Pa/m7.42e4 Pa/m76.573.588.7 e4 Pa/m9.69e4 Pa/m75.4 70.3在在水管截面积水管截面积为为64 mm2，经理，经理论分析得出，椭圆论分析得出，椭圆管的单位长度的压管的单位长度的压降稍大，最大降稍大，最大，但，但是椭圆管散热的线是椭圆管散热的线圈平均温度要比圆圈平均温度要比圆管散热的线圈低，管散热的线圈低，最低为最低为C线圈施加电流140kA，持续14s，冷却水持续以表格中的流速冷却线圈，根据线圈的极限发热和换热，得出冷却14s时的线圈温度。
简化简化的的TF模型模型这个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 最高温度为最高温度为57C，中心柱的温度比，中心柱的温度比较较集中，上、下拐角集中，上、下拐角处处温度最高，温度最高，最高温度与最高温度与邻邻近温差近温差较较小，小，热应热应力不会集中，因此，我下面主要是力不会集中，因此，我下面主要是对对中心中心柱的冷却水路柱的冷却水路进进行行优优化TF线圈绝对温度线圈绝对温度TF线圈绝对温度线圈绝对温度 最高温度为最高温度为C，中心柱的温度比，中心柱的温度比较较集中，上、下拐角集中，上、下拐角处处温度最高，最温度最高，最高温度与高温度与邻邻近温差近温差较较小，小，热应热应力不会集中，因此，我下面主要是力不会集中，因此，我下面主要是对对中心柱中心柱的冷却水路的冷却水路进进行行优优化TF线圈绝对温度线圈绝对温度 最高温度为最高温度为C，中心柱的温度比，中心柱的温度比较较集中，上、下拐角集中，上、下拐角处处温度最高，最温度最高，最高温度与高温度与邻邻近温差近温差较较小，小，热应热应力不会集中，因此，我下面主要是力不会集中，因此，我下面主要是对对中心柱中心柱的冷却水路的冷却水路进进行行优优化。
化TF线圈内直线圈内直段局部的优化方案段局部的优化方案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: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的方案的方案 -TF线圈内直线圈内直段局部的热应力分析段局部的热应力分析TF内直段最大温度场分布TF内直段内直段线圈有三路冷却水管，冷却水线圈有三路冷却水管，冷却水的流速的流速5m/s，加载最大电流在加载最大电流在140KA，右，右图上图上、右图、右图下分别为下分别为TF内直段线圈的温度内直段线圈的温度分布和水管侧的压力加载。
分布和水管侧的压力加载TF内直段水管侧的压力加载 最高温度为最高温度为C，对应对应的最大无的最大无约约束束时时的的热变热变形形为为；对对TF内直段内直段线线圈施圈施加全位移加全位移约约束束时时，线线圈的圈的热应热应力分布，可力分布，可见见最大的最大的热应热应力在冷却水管位置，力在冷却水管位置，最大最大应应力力值为值为，图图中中负值负值表示表示应应力指向力指向x轴负轴负方向DIII-D的方案的方案-TF线圈内直线圈内直段局部的热应力分析段局部的热应力分析TF线圈内直线圈内直段局部的优化方案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欧姆线圈的水冷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，欧姆欧姆1线圈圈优化前化前优化后化后线圈截面积26mmX26mm26mmX29mm线圈冷却水孔11mm11mm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：欧姆线圈欧姆线圈的水冷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C。
欧姆1线圈的最大温升分布图。