铁芯托卡马克中二维和三维极向磁场计算模型的对比分析

为方便计算托卡马克磁场分布,建立了一些二维解析铁芯模型。由于前提假设的不同而给磁场分布的计算带来了不同的边界条件,因而得到的磁场分布计算结果与实际情况有所偏差。为了获得铁芯托卡马克的极向磁场三维分布,建立了带铁芯的极向磁场线圈三维数值模型,计算铁芯托卡马克的三维磁场,与不同铁芯模型的磁场计算结果进行比较,并且研究铁芯托卡马克的三维磁场的极向分量在环向上的不对称性。     

基于Python的托卡马克磁场快速计算程序

本文编写了一个快速计算托卡马克磁体磁场的程序。该程序基于Python语言编写,使用可视化界面来输入磁体参数,建立模型;采用解析方法计算磁场;并采用图形界面展示磁场计算结果。通过与有限元软件磁场计算结果对比表明,该程序的计算速度可达到有限元软件的十倍左右,可快速进行托卡马克磁体系统的建模与磁场计算,有利于更快地开展托卡马克磁体系统的设计与分析。     

二次曲面线圈中的均匀磁场

基于对旋转椭球内部磁场的讨论,采用Matlab数值计算的方法计算了旋转椭球的内部磁场.对于旋转抛物球和双曲球面,用相同方法绕制线圈也能得到均匀的磁场.印证了内部磁场计算的公式,并提出了一种产生大范围均匀磁场的方法.     

螺线管状磁体的磁场分布

本文介绍了螺线管状磁体磁场分布的计算原理,计算公式,并给出一具体螺线管的磁场分布计算程序和理论计算磁场分布曲线.     

并行3维全电磁粒子模拟软件NEPTUNE的外加磁场模块设计

介绍了3维全电磁粒子模拟软件NEPTUNE中常用外加磁场加载模块的设计思路和方法,包括简单的磁场分布方程和离散数值加载、螺线管磁场加载、直线及螺旋线磁场分布加载、摇摆器磁场加载以及永磁体磁场加载等方式。每一类磁场加载模式都进行了实际算例的计算和验证,计算结果表明各类磁场加载模块设计的正确性和可靠性。最后针对具体应用,结合二极管电子束在不同外加引导磁场作用下的各种分布状态,间接验证了磁场模块设计的可行性。     

任意倾斜角度下的永磁导轨感应磁场解析计算

平行移动式自稳定高温超导块材磁悬浮数值模拟计算包括永磁导轨感应磁场的计算。无限长的永磁轨道结构具有多样性。通过对称分布永磁轨道磁场的解析计算导出了任意倾斜角度下永磁轨道磁感应强度解析计算方法。采用此方法,成功计算出了多块交错排列的Halbach结构永磁轨道的感应磁场计算。采用该方法和商用Ansoft软件的有限元法分别对Halbach永磁轨道磁场进行了计算,对比计算结果表明,此方法是可行的,并且计算效率也远优于有限元法。     

柱面座标系中的磁场拟合

本文介绍柱面座标中的磁场模式。对于内空的磁场,只要测得磁场边界上的B_Z值,即可通过富里哀拟合,精确地计算圆柱体内部的磁场。基于此模式的计算程序得到与实验测量值符合得很好的计算结果。     

磁约束磁控溅射源的磁场设计

磁控溅射镀膜机中的磁场分布对靶材利用率有着重要影响。为了提高磁控溅射源的靶材利用率,设计组抛弃了传统的"跑道环"形式的磁场设计理念,而是将永磁体或电磁体分置溅射靶的两侧,使其在溅射靶表面上方产生磁约束(磁镜)磁场。本设计使用有限元分析方法对磁场进行仿真计算,通过模拟磁场计算结果和实测结果的比较,验证有限元方法的可靠性。Ansys有限元分析软件对磁场分布进行仿真模拟,大大简化了计算并缩短了设计周期。通过实验验证,磁约束磁场大大提高了靶材的利用率。     

多个矩形载流线圈组合磁场的模拟仿真及应用

根据毕奥-萨伐尔定律推导出矩形载流线圈在空间产生磁场的计算公式.利用公式计算出两个\\四个矩形载流线圈同名磁极相对时磁场分布规律.根据计算结果,设计出磁场能量转化演示仪,分析了弹体在磁场中运动特点及动能的来源.     

矩形截面超导线圈的径高比对最大磁场点位置和幅值的影响分析

为了充分利用超导线材的载流能力, 需要精确计算超导线圈产生的最大磁场值, 还需要明确最大磁场值所处的具体位置. 其中, 最大磁场点的位置主要由线圈的形状( 径高比) 决定. 本文基于单积分法并通过 MATLAB编程, 将矩形截面线圈的径高比α 和β 参数化, 计算分析线圈内壁边上和端面边上各点磁场的变化趋势. 同时, 利用电磁场有限元软件 ANSYS, 对矩形截面线圈的空间磁场进行仿真分析, 得到线圈的内壁磁场系数、 端面磁场系数和最大磁场系数随α 和β 的变化规律; 进而, 计算并寻找到了线圈截面上最大磁场点的位置和幅值. 综合分析表明, 线圈内壁边上的最大磁场点并不是始终位于内壁中点Bc 处, 而是可能偏离端点Be 一小段距离的某点(a1 ,b -δ )处; 线圈端面边上的最大磁场点一定不位于端点Be 处, 而是偏离端点Be 一小段距离的某点(a1 +δ ,b ) 处. 本文给出了线圈截面上最大磁场系数 K mc 对应于线圈径高比(α ,β ) 变化的等高曲线, 矩形截面超导线圈最大磁场值可以通过计算内壁中点的磁场值与最大磁场系数的乘积获得.     

Calculation of critical states of superconducting multilayers based on numerical solution of the Ginzburg-Landau equations for superconducting plates

Numerical methods are used to analyze the Ginzburg-Landau equations for a superconducting plate carrying transport current in a magnetic field. Critical current is calculated as a function of the applied magnetic field strength for superconducting plates with different thicknesses. The relations between the field dependence of critical current and the distributions of order parameter, magnetic field, and supercurrent in a plate are analyzed. The field-dependent critical currents computed for plates are used to determine the critical current as a function of the applied magnetic field strength and local magnetic field and current distributions for multilayers in parallel magnetic fields. The constituent superconducting layers are assumed to interact only via magnetic field. A simple method is proposed for analyzing the critical states of multilayers in magnetic fields of arbitrary strength, based on elementary transformations of the critical current-density distribution over individual layers in zero applied magnetic field. The method can be used to analyze experimental results.     

HIAF-BRing快脉冲二极磁铁磁场测量系统

介绍了强流重离子加速器装置HIAF(High Intensity heavy-ion Accelerator Facility)项目增强器BRing(Booster Ring)快脉冲二极磁铁的性能指标、测量要求和测量方法,描述了快脉冲二极磁铁稳态磁场测量系统及动态磁场测量系统的构成。在稳态磁场测量中,为提高积分磁场测量精度和测量效率,长线圈测量系统采用了on fly技术;在动态磁场测量中,研制了用于磁场延迟及磁场畸变测量的矩阵线圈。通过样机磁铁的测量,完成了测量系统的性能指标验证和磁铁的稳态磁场测量。实测结果表明,样机磁铁的设计和制造均达到了预期指标,并依据测量数据完成了磁铁的二次削斜。     

霍尔推力器磁场位形及其优化的数值研究

基于麦克斯韦方程,在轴对称假设下建立了霍尔推力器磁场的数学模型.用有限差分方法对模型进行了离散.给出了数值求解模型的迭代法.通过对模型的数值求解,得到了相应的数值结果.通过对所得数值结果的分析,研究了磁场线圈电流变化对霍尔推力器磁场位形的影响.通过调整磁场线圈电流的大小找到了理想磁场位形.研究表明,对于理想磁场位形,内通道的磁镜比在3—3.5之间,外通道的磁镜比在0.4—0.9之间;增加磁场线圈的电流,出口的磁场强度随着增加,但不能增加磁镜比.通道内部的磁场强度几乎不随着磁场线圈电流的变化而变化. 关键词： 霍尔推力器 磁场位形 磁场线圈电流 磁镜比     

两种外磁场形式对介质面次级电子倍增的抑制

利用自编1D3V PIC程序,数值研究了不同外加磁场方式对次级电子倍增抑制的物理过程,给出了次级电子数目、平均能量、密度、运动轨迹、渡越时间、介质表面静电场及沉积功率等物理量时空分布关系。模拟结果表明:不同方向外加磁场抑制次级电子倍增的机理有所不同。轴向外加磁场利用电子回旋运动干扰微波电场对电子加速过程,使其碰壁能量降低以达到抑制二次电子倍增的效果;横向外加磁场利用电子回旋漂移过程中,电子半个周期被推离介质表面（不发生次级电子倍增）,半个周期被推回介质表面（降低电子碰撞能量）的作用机理,达到抑制二次电子倍增的效果。讨论了横向磁场在回旋共振下,电子回旋同步加速导致回旋半径增大,电子能量持续增加的特殊过程。两种外加磁场方式都可以通过增加磁场达到进一步抑制次级电子倍增的目的。轴向外加磁场加载容易,但对磁场要求较高;横向外加磁场需要磁场较低,但加载较为困难。     

激光驱动的冲击波自生磁场以及外加磁场的冲击波放大研究

冲击波是天体物理观测中常见的现象, 其对粒子的加速被认为是高能宇宙射线的来源. 宇宙中冲击波周围往往存在很强的磁场, 但人们对于此类强磁场的产生放大过程的理解并不充分. 本文利用二维粒子模拟程序研究了激光与磁化或者非磁化等离子体相互作用产生的冲击波现象, 给出了冲击波波前处磁场的产生放大特性. 研究发现, 作用过程中的自生磁场可以储存能量, 从而进一步加速电子; 当存在外加磁场时, 由冲击波加速的电子和离子的能量都比同条件下非磁化等离子体的能量高; 而且外加磁场藉由冲击波放大倍数则与其值有极大关系. 与天文观测中推断的磁场与背景磁场相比放大千倍这一研究结果的比较可以看出, 天体冲击波周围磁场放大主要是由局域内生磁场导致的.     

不同磁致纵向涡形式对空气对流换热的影响

为揭示不同磁致纵向涡对通道内空气对流换热的影响规律,分别就两极和四极钕铁硼永磁体作用下的矩形通道内的对流换热进行了数值模拟。模拟以通道入口段的流动和换热为对象,得到了不同Re和不同壁温下的流场和温度场, 对流换热的Nu和阻力系数,以及场协同数Fc。结果表明,不同纵向涡形式下的流场和温度场的协同性不同,具有八纵向涡形式的对流换热的协同性优于四纵向涡形式,强化效果也优于四纵向涡。     

基于三维磁成像的近场磁性体探测

提出一种近场条件下未知磁源的三维磁成像方法.考虑到大多数磁性体不仅受背景磁场磁化，本身也带有较强剩磁，将观测面上的磁场转换为磁场矢量异常模量，并建立目标函数进行最优化求解，以得到符合观测磁场特征的磁性体磁化模型.仿真和实验表明：此方法可有效消除剩磁对反演结果的影响，能够实现对近场多个磁源磁化率分布的成像，验证了所提方法用于探测隐含磁体位置和形状的可行性.     

Diffusion of charged particles in strong large-scale random and regular magnetic fields

The nonlinear collision integral for the Green’s function averaged over a random magnetic field is transformed using an iteration procedure taking account of the strong random scattering of particles on the correlation length of the random magnetic field. Under this transformation the regular magnetic field is assumed to be uniform at distances of the order of the correlation length. The single-particle Green’s functions of the scattered particles in the presence of a regular magnetic field are investigated. The transport coefficients are calculated taking account of the broadening of the cyclotron and Cherenkov resonances as a result of strong random scattering. The mean-free path lengths parallel and perpendicular to the regular magnetic field are found for a power-law spectrum of the random field. The analytical results obtained are compared with the experimental data on the transport ranges of solar and galactic cosmic rays in the interplanetary magnetic field. As a result, the conditions for the propagation of cosmic rays in the interplanetary space and a more accurate idea of the structure of the interplanetary magnetic field are determined.     

悬线式力矩器磁路设计中的有限元分析应用

光学头力矩器的空间磁场分布直接决定了力矩器的动态性能,对磁场进行准确分析是力矩器设计的前提。分析了悬线式力矩器的空间磁场产生机理,并采用有限元分析法进行了理论推导。以一款动线圈式二维对称型只读悬线式力矩器为例,采用有限元仿真软件（ANSYS）分析并设计了其空间磁场分布,对影响力矩器空间磁场分布的相关因素进行了分析。将采用有限元法对悬线式力矩器空间磁场仿真计算得出的力矩器动态特性参数与实测力矩器动态特性参数相比,其结果均符合力矩器的设计要求,证明基于有限元分析法的悬线式力矩器空间磁场设计是可行的。     

Selection of magnetic screens by numerical calculations

To choose the parameters of magnetic screens, a technique for numerically calculating the 3D magnetic field distribution is developed for the case when field sources are locates in open regions. The problem is solved in vector magnetic potential by the finite integration method. A modification of the method of perfectly matched absorbing boundary layers for the case of magnetic field allows calculation of the field in real 3D screens. The numerical solutions are tested using absorbing layers by comparing with the known analytical solutions. The parameters of finite-size screens effectively decreasing the magnetic field intensity are found.