射頻四極（Radio Frequency Quadruple簡稱RFQ）加速器是直線加速中最常用的加速結(jié)構(gòu)。RFQ加速器在線運(yùn)行時(shí),腔體內(nèi)表面的射頻功率耗散使加速器腔體發(fā)熱變形,產(chǎn)生頻率漂移,從而影響束流品質(zhì)和傳輸效率。對于連續(xù)波（Continuous wave簡稱CW）工作條件,RFQ加速器的熱穩(wěn)定性是在線調(diào)試過程中的一個(gè)重要問題。RFQ加速器的冷卻系統(tǒng)的作用是保持腔體結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性,限制腔體結(jié)構(gòu)的變形,同時(shí)可以調(diào)諧加速器腔體的頻率。對RFQ加速器的冷卻過程的研究是很有必要的,它可以用來模擬RFQ腔體的溫升、變形和頻率漂移。從傳熱學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)的角度來看,RFQ加速器腔體的冷卻過程是加速器的熱環(huán)境、腔體結(jié)構(gòu)與冷卻介質(zhì)之間的傳熱與冷卻介質(zhì)內(nèi)部的流動(dòng)傳熱三方面相互耦合的復(fù)雜過程。因此,針對RFQ加速器腔體受熱冷卻過程,結(jié)合流體流動(dòng)運(yùn)動(dòng)來研究這一問題可以得到更加完整的分析結(jié)果,也能夠通過冷卻流體的溫度參數(shù)更加直觀地看到受熱冷卻過程的冷卻效果,對RFQ加速器的穩(wěn)定運(yùn)行和加速器的事故預(yù)防都具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。本文針對CW RFQ加速器的熱穩(wěn)定性問題,結(jié)合了流體動(dòng)力學(xué)理論對該問題開展了詳細(xì)的三維多... 

【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：104 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

四桿型加速器

圖1.2四桿型加速器針對四桿型RFQ加速器和四翼型RFQ加速器,國內(nèi)外眾多研究者的研究方式主要包括模擬研究和實(shí)驗(yàn)研究[8-10][11-13]。此外,由于RFQ加速器系統(tǒng)涉及多學(xué)科交叉,因此影響加速器性能的因素具有多方面性,近年來RFQ加速器在腔體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、腔體的加工工藝、加速器控制以及束流調(diào)試等方面都取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。RFQ加速器相關(guān)的很多學(xué)科方向,例如加速器腔體的熱穩(wěn)定性[14-16],RFQ加速腔的結(jié)構(gòu)及性能設(shè)計(jì)[17-18],RFQ加速器的水冷系統(tǒng)[19-22],RFQ加速器的機(jī)械制造以及加工等[23-33]都是人們所關(guān)注的熱點(diǎn)。從文獻(xiàn)中可以看到,在腔體加工的焊接工藝[34-37],RFQ加速器的射頻、控制系統(tǒng)[38-44],調(diào)諧、測量以及測試[45-50]等相關(guān)的學(xué)科上,很多學(xué)者做過相關(guān)的分析研究。為了提高RFQ加速器的性能,研究人員針對加速器的附屬部件,包括耦合器、調(diào)諧器和束流調(diào)試等方面也開展了研究[51-53]。

由文獻(xiàn)[56,61-62]可知,意大利的IFMIF-EVEDA RFQ是根據(jù)腔體橫向和縱向的對稱性選取了腔體四分之一結(jié)構(gòu)建立模型進(jìn)行二維和三維的數(shù)值模擬熱分析。在二維分析中,通過SUPERFISH計(jì)算得到功率負(fù)載,而在三維分析中則使用Ansoft HFSS。通過二維熱結(jié)構(gòu)分析獲得冷卻管道布局的初步設(shè)置,對冷卻通道進(jìn)行優(yōu)化,通過保持電極通道冷卻并且改變通道溫度,獲得了必要的冷卻范圍。在三維模擬中考慮單一的通道流形并對其進(jìn)行簡單的流體動(dòng)力學(xué)分析,針對二維和三維的熱-結(jié)構(gòu)模擬結(jié)果進(jìn)行比較,以驗(yàn)證二維初步設(shè)計(jì)考慮的有效性。同時(shí),建立實(shí)驗(yàn)臺如圖1.4所示,通過熱電阻使腔體一個(gè)電極表面產(chǎn)生4 W/cm2的熱通量,冷卻水質(zhì)量流量約21 l/min,平均水溫15℃。通過紅外熱相機(jī)采集腔體的溫度分布,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果趨勢吻合良好,如圖1.5所示。圖1.5沿電極方向的實(shí)驗(yàn)與模擬溫度對比

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]考慮熱流固多物理場耦合的圓周密封特性[J]. 閆玉濤,魏榮,胡廣陽,王富超,張立靜.  航空動(dòng)力學(xué)報(bào). 2020(02)
[2]3×3棒束通道內(nèi)蒸汽對流換熱特性數(shù)值分析[J]. 周璇,張震,昝元鋒.  核動(dòng)力工程. 2020(01)
[3]單噴管火箭燃?xì)鈱?dǎo)流環(huán)境下的噪聲分析[J]. 盛英華,沈林,曹文斌,樂貴高,邢成龍.  南京理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2019(02)
[4]導(dǎo)風(fēng)葉片對渦流空氣分級機(jī)內(nèi)流場的影響[J]. 任成,劉家祥,于源.  化工進(jìn)展. 2019(09)
[5]基于CFD方法模擬艦船拖拽特性研究[J]. 熊海生.  艦船科學(xué)技術(shù). 2019(08)
[6]國際能源科技發(fā)展動(dòng)態(tài)研判與戰(zhàn)略啟示[J]. 陳偉,郭楷模,岳芳.  中國科學(xué)院院刊. 2019(04)
[7]核能綜合利用研究現(xiàn)狀與展望[J]. 王建強(qiáng),戴志敏,徐洪杰.  中國科學(xué)院院刊. 2019(04)
[8]世界主要發(fā)達(dá)國家能源政策研究與啟示[J]. 邊文越,陳挺,陳曉怡,葛春雷,惠仲陽,楊輝.  中國科學(xué)院院刊. 2019(04)
[9]RFCC沉降器內(nèi)流動(dòng)及傳熱過程的數(shù)值模擬?[J]. 劉英杰,盧春喜.  高�；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào). 2019(02)
[10]LEAF裝置RFQ加速器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 劉禹廷,郭玉輝,劉海濤,孫良亭,程藝.  核電子學(xué)與探測技術(shù). 2019(02)

博士論文
[1]中國材料輻照裝置CMIF前端射頻四極場加速器的設(shè)計(jì)與測試[D]. 李晨星.蘭州大學(xué) 2018
[2]低能量強(qiáng)流高電荷態(tài)RFQ加速器的研究[D]. 馬偉.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院近代物理研究所) 2018
[3]粒子加速器中RFQ加速結(jié)構(gòu)的多物理場耦合研究[D]. 王靜.蘭州理工大學(xué) 2016
[4]液化氣體的熱分層及爆沸機(jī)理研究[D]. 石劍云.大連理工大學(xué) 2015
[5]熱環(huán)境下液化氣體儲罐熱質(zhì)耦合響應(yīng)機(jī)制研究[D]. 任婧杰.大連理工大學(xué) 2014

碩士論文
[1]微通道冷卻器內(nèi)熱流固耦合過程的數(shù)值模擬[D]. 潘娜娜.大連理工大學(xué) 2016
[2]CW RFQ加速器水冷分析與設(shè)計(jì)[D]. 曾加.清華大學(xué) 2015



本文編號：3096291