插入芯体的螺旋型波纹管液氮流动特性仿真研究

液氮在传输管线中的压降特性一直是高温超导电缆低温系统最重要的设计参数之一。以往针对液氮流动阻力的研究大多在直管或环型波纹管方面,主要关注其几何尺寸对压降的影响。然而,实际应用的长距离高温超导电缆更适合应用螺旋型波纹管。本文主要研究螺旋型波纹管插入导体芯后管内液氮的流动特性。通过建立三维数值模型,对螺旋型波纹管中插入直径为5、8 mm的3根或4根螺旋绞织缠绕导体芯时的液氮流动阻力进行对比分析。结果表明,导体芯的粗细、导体芯自身螺旋缠绕的节距、及导体芯缠绕时相互间形成的空隙大小均是直接影响液氮流动压降、摩擦因子的关键因素,并获得了液氮摩擦因子与上述参数的定量关系。     

螺旋波纹管流动特性试验研究

螺旋波纹管尺寸参数与流体在其内部的压损之间的关系尚未明确,针对超导电缆用的Φ 40 mm以上的大尺寸波纹管也缺乏相应的试验数据。本文搭建了大尺寸波纹管流动特性试验平台,并参照已有的超导电缆结构,对标称外径分别为Φ 90 mm和Φ 60 mm、尺寸规格不同的四个空芯螺旋波纹管样品进行水介质的流动特性试验研究,从试验上得到了不同流量下的压损数据。结果表明,波纹管内压损随流速的增大呈接近于平方的关系增大。在流速相同情况下,外径规格相同的样品,波深越深,压损值越大;波深相同的样品,外径越小压损越大。利用上述试验数据,推导出每个样品摩擦系数f与雷诺数Re的关系式。关系式计算值与实验值最大偏差值为16.77%,可在一定误差范围内对摩擦系数f进行估算。     

波纹管内流动特性的实验研究

随着超导技术的发展,高温超导电缆在电力输运中逐渐得到重视并进行了广泛的研究.由于波纹管具有良好的柔韧性和收缩性,在高温超导电缆中得到应用.波纹管内的流动压力损失参数是高温超导电缆低温系统重要的设计参数,因而研究波纹管内的流动特性具有重要的意义.对通径为6 mm,8 mm和10 mm的波纹管内液氮和氮气的流动特性进行了实验研究.液氮实验结果表明:液氮在波纹管内的流动具有波动性.在4000～40000的雷诺数范围内,测量了氮气的质量流量和压力损失,计算得到流动摩擦系数.分析表明:压力损失随雷诺数的增大而增大;波纹管的摩擦系数要高于光管,摩擦系数随雷诺数的增大而减小,摩擦系数随t/d的减小而减小.     

结构参数对波纹管内液氮流动与能量损失的影响

高温超导电缆通常浸泡在采用真空多层绝热保护的双层波纹管内程管的液氮中。液氮在超导电缆内流动的压力损失和冷却效果是其运行系统设计的重要参数。对不同直径的波纹管进行了不同流量下的CFD仿真计算,结果表明流量越大、直径越小,压降越大;波高直径比与波高波距比不变时,波纹管的达西流动阻力系数与波纹管的直径基本无关;波纹管直径对超导电缆的沿程温升几乎没有影响;增大波纹管的直径能够大幅降低超导电缆的沿程能量损耗。该文结果为超导电缆设计过程中波纹管的选取提供了理论依据。     

倾斜角度对管内液氮流动阻力系数的影响

高温超导电缆大都采用带真空多层绝热保护的双层波纹管作为冷却电缆的液氮套管。波纹管内含有超导电缆时液氮的流动压力损失是其低温系统设计的重要参数。超导电缆根据实际布置需要,存在按一定角度倾斜排布的情况。对倾斜角度的波纹管进行了液氮流动实验,考察倾斜角度和流动阻力系数的关系。同时,也对光滑圆管进行不同倾斜角度的CFD仿真,考察光滑圆管内液氮流动受到不同角度下重力作用的影响。通过上述两方面的研究,得出结论认为在超导电缆实际应用中,电缆的倾斜不会对液氮的流动压力损失造成明显影响。     

高温超导电缆用波纹管内液氮流动特性的数值研究

随着超导技术的发展,高温超导电缆在电力输运中逐渐得到重视并进行了广泛的研究。由于波纹管具有良好的柔韧性和收缩性,在高温超导电缆中作为杜瓦放置电缆,冷却超导体用的液氮需流经波纹管。在系统设计中,需要对液氮在波纹管中的流动特性加以了解。为了研究液氮在波纹管内的流动特性,对其进行了数值计算及理论分析。分析表明:压力损失随入口速度的增大而增大;在波纹内形成了涡旋流;在所考察的雷诺数范围内,雷诺数对摩擦系数的影响不大,而波纹尺寸对摩擦系数具有主要的影响。摩擦系数随s/t的增大而减小。。     

高温超导电缆波纹管内液氮流动阻力特性实验平台搭建与分析

介绍了搭建高温超导电缆用波纹管内液氮流动阻力特性实验平台的搭建过程及其工作方式与原理。给出液氮的流动阻力特性实验测试,并与数值计算结果进行了对比分析。实验结果表明压力损失随着液氮流量的增大逐渐增大,出压差大致与流速的平方成正比。     

YBCO高温超导带材大电流冲击特性实验研究

随着第二代高温超导带材的性能不断提高和商业化供应,基于YBCO材料的超导电力技术应用研究也在逐步向多领域深入进行。超导带材的大电流冲击性能对于超导电缆的短路电流冲击耐受能力、电阻型限流器的限流性能等有着直接的影响。以不锈钢加强型超导带材样品为研究对象进行了实验研究,并对常压液氮浸没环境中,不同冲击时长、不同冲击电压条件大电流冲击过程中温升、冷却时长等特性开展了实验研究,总结了温升与冲击时长、冷却时间的关系和规律。实验是以超导限流器用超导带材为研究对象进行的。超导带材在故障电流下的发热量及其散热结构设计将成为超导电缆、超导限流器等超导电力装置设计成功与否的关键。     

YBCO高温超导带材大电流冲击特性实验研究北大核心

随着第二代高温超导带材的性能不断提高和商业化供应,基于YBCO材料的超导电力技术应用研究也在逐步向多领域深入进行。超导带材的大电流冲击性能对于超导电缆的短路电流冲击耐受能力、电阻型限流器的限流性能等有着直接的影响。以不锈钢加强型超导带材样品为研究对象进行了实验研究,并对常压液氮浸没环境中,不同冲击时长、不同冲击电压条件大电流冲击过程中温升、冷却时长等特性开展了实验研究,总结了温升与冲击时长、冷却时间的关系和规律。实验是以超导限流器用超导带材为研究对象进行的。超导带材在故障电流下的发热量及其散热结构设计将成为超导电缆、超导限流器等超导电力装置设计成功与否的关键。     

铋系高温超导直流电缆的研制

6m长,2000A的铋系高温超导直流电缆在中国科学院电工研究所研制并试验成功,电缆的导体由8层共238根Bi-2223/Ag带材在不锈钢波纹管骨架上螺旋绕制而成,导体的内径为41．5mm,导体层间绝缘,导体层外侧有低温电绝缘,电缆芯的外径为48mm,它安装在低温容器内,并与两个终端相连,电缆的直流耐压大于2．5kV,在液氮下的实验表明,电缆的临界电流为2480A（1uV/cm判据）,n值为7．7,接头总电阻为0．1mΩ,均超过设计指标,在1h传输2kA电流的运行中,电缆的传输特性稳定,经4次热循环,电缆的临界电流没有降低。     

100kV直流高温超导电缆终端应力锥设计

本文提出了一种新的单直线应力锥设计方法,根据PPLP材料的绝缘特性,结合超导电缆的本体尺寸和设计电压,给出了增饶绝缘厚度和应力锥轴向长度的设计数据,其中增饶绝缘厚度为3.5 mm,应力锥轴向长度为38.5 mm,并对单直线应力锥进行电场数值分析,结果表明,所设计的单直线应力锥满足100 kV直流高温超导电缆运行要求。     

1kA级铋系高温超导模型电缆的研制

我们研制了一根１０００Ａ级铋系高温超导模型电缆。电缆由不锈钢波纹管骨架、导体层、层间绝缘和外绝缘绑扎带组成。电缆的导体层由６层共１７１根Ｂｉ－２２２３／Ａｇ多芯带材绕制而成，电缆外径为４５．２ｍｍ，长度为１ｍ。在液氮下的通电实验表明，电缆的临界电流超过１１８０Ａ（１μＶ／ｃｍ判据），接头总电阻小于０．０６μΩ，均超过设计指标。经两次热循环实验，电缆的临界电流仅退化２．７％，在半小时传输电流１ｋＡ的     

窄堆线的堆叠方式对高温超导管内电缆导体临界电流的影响

为了提高超导缆线的结构性能,将利用2mm宽的超导带材形成窄堆线,并将其嵌入到开槽铝管中,制备成一种基于窄堆线的高温超导管内电缆导体。通过临界电流测量实验,研究了不同带材根数和不同扭绞节距对高温超导管内电缆导体临界电流的影响。结果表明,扭绞节距一定时,带材堆叠根数越多,临界电流折损率越大;当扭绞节距最小为100mm时,超导窄堆线依旧能保持良好超导特性,且临界电流未发生较大折损。     

波纹管管内层流流动和换热规律的实验研究及数值模拟

波纹管是近几年来被广泛采用的一种强化换热元件,对其管内的流动和换热规律进行研究具有十分重要的意义。本文通过实验和数值模拟的方法,对三种不同尺寸(φ=19 mm、25 mm、32 mm)的波纹管层流流动和换热进行了研究,发现存在一个临界的Re数,当Re数小于临界值时波纹管的换热性能不及对应的光管,随着Re数的增加,波纹管换热性能逐渐改善。     

细小圆管内液体流动特性实验研究

本文实验研究了去离子水在直径为 1.0～2.0 mm 的细小圆管中的流动阻力特性.通过比较相同直径、不同管长的压差,获得了摩擦因子及局部损失系数随 Re 数变化关系.本文实验条件下,对于不同直径的细小圆管,沿程压降及局部压降随流速变化趋势一致;随着管径减小,摩擦因子也减小,且在层流区和湍流区内均要比常规尺度条件下的小;对于不同直径的细小圆管,局部损失系数随 Re 数变化趋势基本一致,当 Re 数相同时,管径越小,对应的局部损失系数越大;对于直径为 1.0～2.0 mm 的细小圆管,临界雷诺数 Rec=2050～2300.     

螺旋形超导带材的直流冲击实验研究

基于超导直流电缆应用,针对第二代高温超导带材Re BCO开展了直流冲击实验。首先,通过改变冲击条件(冲击电流大小和持续时间)得到带材的耐直流冲击特性,确定可保证带材性能完好的最大冲击电流幅值(安全电流)及其相应冲击时间。随后,针对实际电缆中超导带材是以螺旋形态缠绕于支撑管上,设计实验研究超导带材螺旋角和螺旋直径对其临界电流和耐冲击特性的影响规律,发现带材所能承受的最大冲击电流幅值随冲击作用时长的增加而逐渐下降、过大的螺旋角和过小的螺旋直径均会对带材造成损伤,影响其通流能力。上述研究结果为电缆的后续设计和制造提供了必要的参考依据。     

BESⅢ超导电缆极端弯曲下载流能力试验及氦弧焊焊接接头低温电阻测量

北京谱仪（BESⅢ）超导磁体是为北京正负电子对撞机二期改造工程（BEPCⅡ）制造的超导探测器磁体．它采用了国际上先进的两相氮问接冷却方式及线圈内绕技术．其超导线为铝稳定体NbTi／Cu超导电缆．由于生产工艺上长度的限制，BESⅢ超导电缆由三段电缆焊接而成．焊接匝电阻必须限制在一定范围内，以免产生过大的焦耳热，影响磁体的正常运行．超导电缆由支撑筒内部引出到颈管及阀箱部分时，有一定角度的平弯及侧弯，这部分弯曲电缆的载流能力也是必须要考虑的问题．为此，我们进行了两次超导电缆性能测试实验，对超导电缆弯曲前后的载流能力进行了测试，并且测量了超导电缆低温下的焊接电阻．本文提供了这两次实验的实验结果及分析．     

BESIII超导电缆极端弯曲下载流能力试验及氦弧焊焊接接头低温电阻测量

北京谱仪(BESIII)超导磁体是为北京正负电子对撞机二期改造工程(BEPCII)制造的超导探测器磁体.它采用了国际上先进的两相氦间接冷却方式及线圈内绕技术.其超导线为铝稳定体NbTi/Cu超导电缆.由于生产工艺上长度的限制,BESIII超导电缆由三段电缆焊接而成.焊接匝电阻必须限制在一定范围内,以免产生过大的焦耳热,影响磁体的正常运行.超导电缆由支撑筒内部引出到颈管及阀箱部分时,有一定角度的平弯及侧弯,这部分弯曲电缆的载流能力也是必须要考虑的问题.为此,我们进行了两次超导电缆性能测试实验,对超导电缆弯曲前后的载流能力进行了测试,并且测量了超导电缆低温下的焊接电阻.本文提供了这两次实验的实验结果及分析.     

液氮流动沸腾换热研究综述

作为一种优良的低温冷却剂,液氮在航天、电子工业、超导磁体和超导电缆冷却及低温生物医疗等领域应用广泛。在这些应用中,准确预测液氮的流动沸腾换热特性对于系统设计和安全运行十分重要。该文主要介绍了液氮流动沸腾换热的特点,对已有的实验和数值模拟结果进行了归纳;并比较了四个液氮流动沸腾换热计算关联式的预测情况,以及关联式中干度、质量流量、热流密度和压力对换热系数的影响;指出了有待进一步研究的课题。     

低温蓄冷器流动特性的理论分析和实验研究 第三部分:压降因子和摩擦系数

交变流动蓄冷器的压降因子和阻力系数对实际的工程计算、数值模拟及制冷机的设计有重要的意义 ,然而对低温交变流动蓄冷器的阻力特性一直缺乏系统的实验结果。文中给出了低温交变流动蓄冷器的压降因子及液氮温区交变流动蓄冷器摩擦系数的拟合公式 ,并为常温下的实验对比 ,对低温蓄冷器的设计提供了参考