【摘 要】
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Φ850 mm垂直测试低温恒温器主要用于加速器驱动嬗变研究装置（China initiative Accelerator Driven System,Ci ADS）项目中超导磁体的低温性能测试。由于低温环境破坏会造成超导磁体测试失效,甚至危及实验人员安全,因此需提供一个安全、可靠的空间来保障低温环境。为此,本文通过对垂测低温恒温器的研究,对其相关性能进行优化,使其低温预冷效果、绝热性能、测试效率提
【基金项目】
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中国科学院近代物理研究所:CiADS装置子课题—Φ850mm垂直测试低温恒温器结构设计及实验研究；
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Φ850 mm垂直测试低温恒温器主要用于加速器驱动嬗变研究装置（China initiative Accelerator Driven System,Ci ADS）项目中超导磁体的低温性能测试。由于低温环境破坏会造成超导磁体测试失效,甚至危及实验人员安全,因此需提供一个安全、可靠的空间来保障低温环境。为此,本文通过对垂测低温恒温器的研究,对其相关性能进行优化,使其低温预冷效果、绝热性能、测试效率提升,同时减少低温液体消耗及漏热。本文工作总结如下:首先对该低温恒温器结构进行优化设计。通过对内腔体、液氮冷屏、外腔体及其它组件的理论设计,确定最佳结构尺寸并对各组件建立三维模型。同时,对优化后的垂测低温恒温器进行热负荷分析,结果表明该恒温器静态漏热为1.71 W,小于优化目标5 W,因此确保了该恒温器结构设计的合理性,即设计满足要求。其次对所设计的低温恒温器进行了相关结构分析及传热分析。通过ANSYS及SW6-2011分析软件两种方法对垂测低温恒温器的结构进行结构分析。对不同壁厚的内、外腔体进行强度分析及筒体有、无加强筋时的刚度分析,验证了内腔体壁厚3 mm及外腔体壁厚8 mm的合理性;对内、外腔体结构通过SW6-2011软件进行强度校核,发现内腔体壁厚3 mm及外腔体壁厚8 mm满足要求。同时,对液氮冷屏组件进行传热研究,分析了液氮冷屏上温度变化趋势及温差,结果显示温度均匀性小于5 K（-268.15℃）,满足传热设计要求。最后进行了实验研究分析。通过对原有Φ850 mm垂测低温恒温器低温测试实验的研究,对降温中液氮、液氦消耗及内部超导磁体温度变化进行研究,并对测试过程系统静态漏热及液氦消耗进行分析,结果表明其静态漏热41.6 W、静态液氦体积消耗速率55.571 L/h,并发现其温度变化、控制、监测等方面的不足。再通过液氮测试实验对优化设计后的垂测低温恒温器进行分析,实验显示真空夹层真空度常温下9.9×10-1 Pa、低温下9.7×10-4 Pa,经计算液氮下静态漏热11.737 W、液氦下静态漏热1.34 W,并且在75 W加热蒸发实验时上盖法兰未出现结霜等现象,因此实验结果满足优化目标。
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