本书介绍了我国新一代北京正负电子对撞机(BEPC Ⅱ)及其探测器北京谱仪(BES Ⅲ)束流管系统，主要内容包括：BEPC ⅡBESⅢ束流管系统的设计；交变辐射热负荷下束流管温度场和应力场研究；辐照和冲刷腐蚀耦合作用下束流管关键材料铍的冲刷腐蚀性能和机械性能研究；辐照作用下束流管支撑法兰关键材料玻璃纤维增强复合材料(GFRP)的机械性能、电绝缘性能和热性能研究；束流管冷却系统的开发研制及温度场等相关实验研究。
郑莉芳，北京科技大学机械工程学院教授，副院长，博士生导师。多年来专注于北京正负电子对撞机束流管系统的研究，研究成果已成功应用于国家重大科学工程——北京正负电子对撞机改造工程。主持国家自然科学基金项目2项、国家重点研发计划项目课题1项，发表SCIEI期刊论文40余篇，曾获中国安全生产协会安全科技进步一等奖、教育部科技进步二等奖、机械工业科学技术发明二等奖、国家重大科学工程突出贡献奖、北京市教育教学成果奖一等奖等奖项；获评北京高校教学名师、教育部宝钢优秀教师等荣誉称号。
1 概述.... 1 1.1 研究背景与意义.... 1 1.2 国内外束流管.... 2 1.2.1 BES束流管.... 2 1.2.2 国外束流管.... 4 1.3 束流管冷却系统.... 5 1.4 本文研究内容.... 7 2 束流管系统优化设计.... 9 2.1 束流管的设计要求.... 9 2.1.1 总体尺寸要求与联接.... 9 2.1.2 束流管的材料要求.... 10 2.1.3 束流管的结构要求.... 10 2.2 束流管的结构设计.... 12 2.2.1 中心铍管的结构设计.... 13 2.2.2 外延铜管的结构设计.... 15 2.3 束流管的材料选择.... 16 2.4 束流管的冷却介质.... 17 2.4.1 冷却介质的选择.... 18 2.4.2 冷却介质的压力要求.... 19 2.4.3 冷却介质的流速要求.... 20 2.5 束流管支撑法兰设计.... 22 2.5.1 支撑法兰的结构设计.... 22 2.5.2 支撑法兰的材料选择.... 23 2.6 小结.... 23 3 束流管温度场有限元分析.... 25 3.1 束流管温度场有限元模型.... 25 3.1.1 传热基本方程.... 25 3.1.2 稳态温度场的有限元方法.... 27 3.1.3 有限元模型的建立.... 30 3.1.4 物性参数.... 32 3.1.5 边界条件.... 33 3.2 束流管温度场的数值分析.... 33 3.2.1 同步辐射功率对温度场的影响.... 33 3.2.2 冷却液流量对温度场的影响.... 40 3.2.3 结构材料对温度场的影响.... 43 3.2.4 冷却通路对温度场的影响.... 47 3.3 漂移室内筒温度的数值分析.... 56 3.3.1 换热数学模型及边界条件.... 56 3.3.2 飘移室内腔有限元模型的建立.... 60 3.3.3 过渡段暴露时漂移室内温度场分析.... 66 3.3.4 过渡段加隔热罩时温度场分析.... 67 3.3.5 隔热罩内填充保温材料时温度场分析.... 70 3.4 小结.... 71 4 束流管应力场有限元分析.... 72 4.1 束流管应力分析的理论基础.... 72 4.1.1 束流管热弹－塑性的增量本构方程.... 72 4.1.2 束流管热弹－塑性分析的有限元格式.... 76 4.2 束流管应力场的数值分析.... 77 4.2.1 约束方式对应力场的影响.... 78 4.2.2 进口温度对应力场的影响.... 80 4.2.3 流量对应力场的影响.... 82 4.2.4 束流管出口压力对应力场的影响.... 85 4.2.5 内铍管筋板宽度对应力场的影响.... 86 4.2.6 中心管材料热导率对应力场的影响.... 88 4.2.7 外延管材料热导率对应力场的影响.... 90 4.2.8 非冷却段材料热导率对应力场的影响.... 92 4.3 束流管疲劳寿命的数值分析.... 94 4.3.1 束流管的瞬态应力分析.... 94 4.3.2 束流管的疲劳寿命分析.... 109 4.4 小结.... 116 5 辐照作用下铍冲刷腐蚀性能及机械性能研究.... 118 5.1 冲刷腐蚀方案和试验台的研制.... 118 5.1.1 试验方案设计.... 118 5.1.2 试验台的研制.... 118 5.2 辐照作用下铍冲刷腐蚀性能研究.... 121 5.2.1 试件质量变化研究.... 121 5.2.2 表面微观形貌变化研究.... 124 5.3 辐照与冲刷腐蚀作用下铍机械性能研究.... 126 5.3.1 拉伸性能试验研究.... 126 5.3.2 压缩性能试验研究.... 133 5.4 辐照作用下铍冲刷腐蚀性能微观机理研究.... 139 5.4.1 表面微观形貌和微区元素分析.... 139 5.4.2 表面元素成分分析.... 141 5.4.3 表面成分晶体结构分析.... 143 5.5 小结.... 144 6 辐照作用下GFRP性能研究.... 146 6.1 辐照作用下GFRP机械性能研究.... 146 6.1.1 断纹剪切性能研究.... 146 6.1.2 拉伸性能研究.... 149 6.1.3 层间剪切试验研究.... 153 6.1.4 压缩性能试验研究.... 154 6.1.5 拉-拉疲劳试验研究.... 154 6.2 辐照作用下GFRP热性能研究.... 155 6.2.1 辐照失重试验研究.... 155 6.2.2 导热系数试验研究.... 155 6.2.3 热膨胀系数试验研究.... 156 6.2.4 热降解性能试验研究.... 157 6.2.5 活化能计算模型.... 159 6.3 辐照作用下GFRP电绝缘性能研究.... 160 6.3.1 电绝缘性能试验研究.... 160 6.4 辐照作用下GFRP性能微观机理研究.... 160 6.4.1 红外光谱分析.... 160 6.4.2 X射线光电子能谱分析.... 161 6.5 小结.... 162 7 束流管冷却系统的开发研制.... 164 7.1 冷却系统工作原理.... 164 7.1.1 一次冷却循环子系统.... 164 7.1.2 二次冷却循环子系统.... 167 7.1.3 系统温度控制方案.... 168 7.2 冷却系统自动控制.... 169 7.2.1 冷却系统控制过程.... 169 7.2.2 冷却系统逻辑控制.... 170 7.2.3 冷却系统远程监控.... 172 7.2.4 冷却系统与中控的通讯.... 176 7.3 冷却系统的设备选型.... 176 7.3.1 泵.... 176 7.3.2 换热器.... 177 7.3.3 二次冷却循环冷水机.... 177 7.3.4 测量仪表.... 178 7.3.5 其它设备.... 179 7.4 冷却液导管耐辐射性能研究.... 179 7.4.1 实验条件.... 179 7.4.2 实验结果分析.... 180 7.5 冷却系统的组装测试.... 181 7.5.1 束流管模型件的加工.... 181 7.5.2 冷却系统的组装测试.... 182 7.6 小结.... 183 8 束流管实验研究.... 185 8.1 热源模拟及温度测量方法.... 185 8.2 温度测量实验结果分析.... 188 8.2.1 束流管外壁温度测量结果分析.... 188 8.2.2 中心铝管内外壁温度测量结果分析.... 192 8.2.3 误差分析.... 195 8.3 挠度测量实验.... 197 8.3.1 挠度测量实验内容.... 197 8.3.2 挠度实验结果与有限元计算结果的比较.... 198 8.4 小结.... 199参考文献
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