【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及聚变，尤其是涉及一种三维超导管内电缆导体冷却和失超模拟方法、设备、介质。
技术介绍
1、大型核聚变用超导磁体是磁约束核聚变装置托卡马克的核心部件之一，目前均采用一种电缆导体cable-in-conduit-conductors(简称cicc)线缆进行绕制。这类磁体采用超临界氦流冷却，而超临界氦的热工水力参数直接影响磁体的性能，进而影响到核聚变堆的安全稳定运行。
2、在正常直流条件下磁体是超导的，因此以零电阻工作，即没有焦耳耗散。然而，由于一些不可预见的热量输入，例如：电流高于超导体载流能力的区域的焦耳加热、运动和应力释放的能量、磁场变化引起的电磁损耗、核热源或外部辐射以及热传导造成热量输入等，会导致电缆导体的一部分出现温度上升，使超导体产生电阻。在这个所谓区域内，电流在超导体和铜之间分流。在这种情况下，这个区域内有焦耳热产生，产生的热量会持续增加并沿着导体方向和外部传播，进而导致磁体不再超导。这个过程通常被称为磁铁的失超。从超导磁体的设计和分析的角度出发，对其失超过程的演化进行模拟和预测是非常有意义的。模拟可以找到极可能发生失超的电缆中的最高温度、压力以及失超区域传播速度等参数，这为失超的防护和检测提供了非常有效的工具和手段。电缆导体线缆和磁体的热工水力研究涉及稳态、瞬态、耦合的热传导、流体力学和电动力学问题的建模，以及材料的非线性特性分析。
3、当前，用于核聚变堆超导磁体系统热工水力分析软件主要有supermagnet、venecia和4c。其中luca bottura开发的superma
4、politecnico di torino开发的4c程序包针对超导磁铁数量的匝数和层数的线圈之间的热耦合。特点在于能够设置这些层数和匝数的自由度。4c专门针对tier中央螺线管的模块进行模拟计算，同样能够模拟超导磁铁的慢速瞬态和稳态过程。
5、由于考虑到编程使用的语言和计算机算例的问题，以上几种方法在考虑到电缆导体结构的复杂性时，不得不对模型做出大量的化简，例如在做方程计算的时候需要用到复杂的矩阵系数公式，supermagnet采用较为简单的方法将系数平均化计算，以及在计算温度瞬态传播的过程时将瞬态过程近似成稳态过程进行计算。这会使得程序在模拟计算精度上面大打折扣。
6、上述方法中，在解决电缆导体热流冷却的过程中，所用到的数学建模和假设基本相似，大致均为假设整个冷却通道和外部空气绝热，但是管道之间可以传递热量；忽略与电缆长度相比的电缆横截面的尺寸，但是电缆截面的温度梯度不能完全忽略；截面上铜线、液氦、外壳的温度可以不同。将管道之间传热与氦的流量、质量和动量平衡耦合可列出求解方程。对于此偏微分方程组的求解方法也是多种多样，例如supermagnet所采用的有限元分析的方法，通过一定的假设与化简，将方程用空间上进行积分，时间上差分的方法求解这个方程，并得到不错的效果。但是这种将管道换热的情况与方程耦合会使得方程的互相换热是稳态的并不能考虑到瞬态换热的情况。通常情况下，对方程求解进行合理的等效和化简，程序计算效率也会响应提高，但是如果忽略的部分对结果影响较大，则将会对结果产生影响甚至会得出错误的结果。
7、综上，当前缺少一种聚变三维超导管内电缆导体冷却和失超模拟方法，以克服或部分克服前述提到的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种三维超导管内电缆导体冷却和失超模拟方法、设备、介质，以实现聚变三维超导管内电缆导体冷却和失超模拟。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术的一个方面，提供了一种三维超导管内电缆导体冷却和失超模拟方法，包括如下步骤：
4、构建包括多个节点的三维超导管内电缆导体的一维模型，构建矩阵方程并初始化模型参数；
5、通过时间自适应计算迭代的时间步长，在该时间步长后通过网格自适应计算节点密度并更新所述一维模型的节点数量，通过插值求解所述矩阵方程更新一维模型的位置参量，将所述一维模型拓展至三维场景，基于预先获取的电缆导体尺寸数据，确定节点之间的接触关系，从三维角度计算节点之间交换的热量，完成本轮迭代，重复执行本步骤。
6、作为优选的技术方案，所述时间步长的计算包括如下步骤：
7、针对任一节点，基于二分法计算节点下各个变量对应的时间步长最优解，从中选取最短的时间步长，通过与前后相邻的步长进行平滑处理得到最终的时间步长。
8、作为优选的技术方案，所述更新节点数量的过程包括如下步骤：
9、从所述多个节点中选取位于温度前沿位置的节点，并以位于温度前沿位置的节点为中心，采用高斯分布计算网格密度；
10、基于所述网格密度更新节点数量。
11、作为优选的技术方案，所述前沿位置的判断原则为：
12、前沿位置节点前后的临界状态的均流温度与容器内液氦温度大小出现反转。
13、作为优选的技术方案，所述网格密度采用下式计算：
14、
15、其中，ρ表示网格密度，max{}表示取最大值，ρmin、ρmax分别表示预设的最小密度、最大密度，σ是预设的高斯分布的宽度，xi、xt分别表示目标位置、温度前沿的位置。
16、作为优选的技术方案，所述一维模型的建模和迭代过程包括如下步骤：
17、基于一维液氦的质量、动量和能量平衡方程，以及导体和液氦之间的换热关系，建立如下的标准形式方程：
18、
19、其中m矩阵表示系数项，a矩阵用来描述氦中的波传播，矩阵g表示缆线导管的扩散贡献，矩阵s表示系统变量源项，矩阵q表示外部热源项矩阵u表示位置参量；
20、基于预先给定的边界条件和初始条件，通过有限元分析对外部热源项矩阵u进行离散化处理，并在[xi-1,xi]处进行牛顿插值：
21、
22、其中，ui-1和ui表示u在第i-1和i个节点上的取值；
23、通过对矩阵m、a、g、s、q进行积分，构建位置变量关于时间的一本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三维超导管内电缆导体冷却和失超模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种三维超导管内电缆导体冷却和失超模拟方法，其特征在于，所述时间步长的计算包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种三维超导管内电缆导体冷却和失超模拟方法，其特征在于，所述更新节点数量的过程包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种三维超导管内电缆导体冷却和失超模拟方法，其特征在于，所述前沿位置的判断原则为：
5.根据权利要求3所述的一种三维超导管内电缆导体冷却和失超模拟方法，其特征在于，所述网格密度采用下式计算：
6.根据权利要求1所述的一种三维超导管内电缆导体冷却和失超模拟方法，其特征在于，所述一维模型的建模和迭代过程包括如下步骤：
7.根据权利要求1所述的一种三维超导管内电缆导体冷却和失超模拟方法，其特征在于，计算节点之间交换的热量的过程包括：
8.根据权利要求1所述的一种三维超导管内电缆导体冷却和失超模拟方法，其特征在于，所述模型参数包括液氦物理参数、摩擦力参数、电流参数、磁场参数和固体
9.一种电子设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器以及存储器，所述存储器内储存有一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如权利要求1-8任一所述三维超导管内电缆导体冷却和失超模拟方法的指令。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括供电子设备的一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如权利要求1-8任一所述三维超导管内电缆导体冷却和失超模拟方法的指令。
...【技术特征摘要】
1.一种三维超导管内电缆导体冷却和失超模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种三维超导管内电缆导体冷却和失超模拟方法，其特征在于，所述时间步长的计算包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种三维超导管内电缆导体冷却和失超模拟方法，其特征在于，所述更新节点数量的过程包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种三维超导管内电缆导体冷却和失超模拟方法，其特征在于，所述前沿位置的判断原则为：
5.根据权利要求3所述的一种三维超导管内电缆导体冷却和失超模拟方法，其特征在于，所述网格密度采用下式计算：
6.根据权利要求1所述的一种三维超导管内电缆导体冷却和失超模拟方法，其特征在于，所述一维模型的建模和迭代过程包括如下步骤：
7.根据权利要求1所述的一种三维超导管内电缆导体冷却和失超模拟方...
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