高温超导制冷机直接冷却中界面热阻的辨识与实验研究

本文给出了三种提高YBCO块材在外磁场中悬浮力的方法 .第一种方法是增强外磁场 ,对于此方法 ,本文研究了一块直径为 30mm的圆柱状YBCO块材分别在圆柱状NdFeB永磁体和NdFeB永磁导轨上的悬浮力 .测量结果表明在 77K温度下YBCO块在圆柱状NdFeB永磁体上的最大悬浮力为 5 0N ,在NdFeB永磁导轨上的最大悬浮力为 10 3.0N .第二种方法是提高YBCO块材自身的性能 ,包括临界电流密度、俘获磁通和块材尺寸 ,对于此方法 ,本文仅研究了块材尺寸对悬浮力的影响 .三块直径分别为 30mm、35mm、4 0mm的圆柱状YBCO块材在NdFeB永磁导轨上的悬浮力被测量 ,77K温度下 5mm悬浮间距时的悬浮力分别为 10 3.0N、134.5N、175 .0N .第三方法是将YBCO块材变成准永久磁体 ,此种情况下 ,直径为 4 0mm的圆柱状YBCO块材在 77K温度下 5mm悬浮间距时的悬浮力高达 2 18.3N .高温超导材料和低温技术的发展 ,促进了制冷机直接冷却高温超导磁体的发展 .在高温超导直接冷却系统中 ,减小和控制界面热阻成了实现超导直接冷却的关键 .界面热阻机制相当复杂 ,虽然可以用公式进行预测 ,但是最可靠的还是通过实验进行测量 .本文介绍了界面热阻测量的基本原理和实验装置 ,提出一种基于导热反问题的参数辩识方法 ,并用这种方法处理了氮化铝 (AlN)与高温超     

三籽晶YBCO块材阵列中缝隙变化对其电磁力的影响

利用自制的实验设备,采用两种不同结构的永磁轨道,本文实验研究了由三块多籽晶YBCO超导块材组成的超导阵列的悬浮力和导向力随块材之间缝隙的变化关系,分析了块材之间的电磁相互作用对其悬浮力的影响。结果表明,块材之间的相互作用对其悬浮力的影响很弱,而块材之间间隙的改变对其悬浮力和导向力的影响却非常明显,具体表现为:对于正上方水平磁场分量占优的永磁轨道,增加块材之间的间隙会提高导向稳定性,但同时会降低悬浮能力;对于正上方竖直磁场分量占优的永磁轨道,增加块材之间的间隙会提高悬浮能力,但同时会降低导向稳定性。由此可见,对于一个给定的磁悬浮系统,可以简单地通过改变块材之间的间隙来满足不同应用条件下对悬浮能力和导向稳定性的需求。     

提高YBCO块材在外磁场中悬浮力

本给出了三种提高YBCO块材在外磁场中悬浮力的方法．第一种方法是增强外磁场，对于此方法，本研究了一块直径为30mm的圆柱状YBCO块材分别在圆柱状NdFeB永磁体和NdFeB永磁导轨上的悬浮力．测量结果表明在77K温度下YBCO块在圆柱状NdFeB永磁体上的最大悬浮力为50N，在NdFeB永磁导轨上的最大悬浮力为103．ON．第二种方法是提高YBCO块材自身的性能，包括临界电流密度、俘获磁通和块材尺寸，对于此方法，本仅研究了块材尺寸对悬浮力的影响．三块直径分别为30mm、35mm、40mm的圆柱状YBC0块材在NdFeB永磁导轨上的悬浮力被测量，77K温度下5mm悬浮间距时的悬浮力分别为103．ON、134．5N、175．ON．第三方法是将YBCO块材变成准永久磁体，此种情况下，直径为40mm的圆柱状YBCO块材在77K温度下5mm悬浮间距时的悬浮力高达218．3N．     

强钉扎高温超导体与永磁体系统的悬浮力数值模型

本文从数值模拟和实验两方面研究了熔融织构Y-Ba-Cu-O(YBCO)高温超导块材与永磁体组成的磁悬浮系统的悬浮特性.通过理论与实验结果的比较,在Hikihara-Moon超导磁悬浮动力学唯像模型的基础上,提出了强钉扎磁悬浮力模型,并进一步研究了熔融织构YBCO块材在不同条件下的悬浮特性,包括:场冷高度(FCH)和零场冷却(ZFC)的对磁浮力的影响,以及由不同运动速度导致的磁悬浮力的变化等.结果表明,强钉扎磁悬浮力模型适合于精确描述由熔融织构YBCO高温超导块材与永磁体所组成的磁悬浮系统的悬浮特性.     

基于ANSYS的高温超导混合磁轴承悬浮力分析

基于商用电磁场有限元软件ANSYS以及Bean临界态模型,对由圆柱形高温超导块材、永磁体和超导线圈组成的新型高温超导混合磁轴承的电磁场分布及悬浮力进行了仿真分析,研究了超导线圈对高温超导混合磁轴承悬浮力的影响,同时还通过实验测试了悬浮力。结果表明:仿真与实验具有较好的一致性,使用软件仿真方便可行,其结果较为准确可靠,可为高温超导混合磁轴承的设计和优化提供理论依据。     

低温容器中超导块材悬浮与导向性能研究

本文主要研究超导磁悬浮系统中超导块材与永磁导轨之间的相互作用力,通过浸于低温容器中的超导块材与三磁峰轨道之间不同排布方式的实验,测试不同悬浮间距的悬浮力,以及在一定场冷距离下超导块材在三磁峰轨道上方不同水平位移段的导向力。结果表明,悬浮间隙越大,超导块材中心与三磁峰轨道中心水平偏移越小,悬浮力越大;在一定悬浮间距下,超导块材与三磁峰轨道之间水平位移越大,导向力越大。     

单块磁悬浮系统磁体和超导体的厚度优化

研究了磁铁厚度和YBCO超导体厚度对悬浮力的大小及系统动态特性的影响,通过分析得出磁悬浮系统中磁体和超导体厚度的最优值。通过悬浮力测试系统测得超导块尺寸为φ30mm×18mm时四块不同厚度的磁体的悬浮力以及磁体尺寸为φ30mm×10mm时六块不同厚度的YBCO超导体的悬浮力的大小;并在振动实验台上测试了上述情况下的振动特性。对动态曲线进行频谱分析,最终得出最优组合,从而对磁悬浮系统的磁体和超导体厚度进行了优化。     

永磁导轨上高温超导块材排布方式与悬浮力关系的研究

本文研究了YBCO块材排布方式与其在永磁导轨上悬浮力的关系.实验结果表明:悬浮力与随悬浮间距成指数关系.而YBCO块材在导轨上方排列方式的不同,导致沿轨道横截面方向,每块超导块获得的悬浮力平均值差异较大.当超导块集中分布于轨道上方磁场强度最大的区域时,超导块平均悬浮力最大.这意味着,与其他排布方式相比,在获得同等悬浮力情况下,这种排布方法的超导块用量最少.这一结果对于超导磁悬浮系统的设计具有指导意义。     

YBCO高温超导块悬浮力性能研究

本文利用排布在液氮低温容器底部的多块超导块以测试其悬浮特性.结果表明:YBCO块材在永磁导轨上的悬浮力与二者间距的变化过程有关;不同的变化过程会在相同的悬浮间隙位置得到不同的悬浮力.这一研究结果对磁悬浮列车的优化设计有着重要的意义.     

高温超导磁浮电磁铁特性分析

构建了超导悬浮磁铁的三维模型,使用ansoft对电磁铁的三维模型进行电磁场仿真,分析了超导线圈电流、悬浮气隙、横向位移偏差、铁芯长度、铁芯高度等的变化对磁浮列车悬浮力和导向力的影响.结果 表明,超导线圈通入不同的电流,悬浮电磁铁的磁场饱和度出现明显的变化,随着超导线圈通入的电流和悬浮气隙、横侧偏移的变化,悬浮力和导向力出现不同的变化特征.同时铁芯高度的增加能有效缓解电流增大时电磁铁铁芯中部的磁场饱和度,进而能够增大悬浮力,提高悬浮性能.     

空间高频交变磁场对超导块材悬浮力影响研究

高温超导磁悬浮装置,如磁悬浮列车和磁悬浮轴承在高速运行时,空间磁场交变及不均匀性扰动会引发超导块材内部损耗并影响性能,传统均匀时变磁场实验研究及仿真模拟无法满足实际工程应用情况.本文通过设计不同永磁阵列得到不同波形,在高速系统驱动下得到不同交变频率下超导块材损耗特性,发现全波型损耗较半波型损耗高,并研究了不同磁场构型悬浮力衰减特性,可为高速超导磁浮应用提供实验依据.     

预载条件下Y-Ba-Cu-O块材的悬浮力弛豫特性

文中以实验技术为手段,研究了不同工况下预载抑制悬浮力弛豫衰减的作用规律.实验以Halbach永磁轨道和三籽晶方形Y -Ba-Cu-O块材组成的系统为主要研究对象,通过改变块材的场冷方式、工作高度、预载高度等,研究这些因素对块材悬浮力弛豫的影响规律.选取30mm场冷高度、15mm工作高度,改变永磁轨道和块材,研究了轨道磁...     

Excessive levitation for the efficient loading of large-volume optical dipole traps

We study the excessive levitation effect in the magnetically levitated loading process of ultracold Cs atoms into a large-volume crossed optical dipole trap. We analyze the motion of atoms with a non-zero combined gravito-magnetic force during the loading, where the magnetically levitated force catches up with and surpasses the gravity. We present the theoretical variations of both acceleration and velocity with levitation time and magnetic field gradient. We measure the evolution of the number of trapped atoms with the excessive levitation time at different magnetic field gradients. The dependence of the number of atoms on the magnetic field gradient is also measured for different excessive levitation times.The theoretical analysis shows reasonable agreement with the experimental results. Our investigation illustrates that the excessive levitation can be used to reduce the heating effect of atoms in the magnetically levitated loading process, and to improve the loading rate of a large-volume optical dipole trap.     

垂向磁场变化量对高温超导块材悬浮力特性的影响

高温超导体因其无源自稳定的特性,受到许多学者的重视,具有广阔的应用前景.目前针对高温超导块材悬浮性能的研究主要集中于由永磁体产生的低磁场环境.本文基于超导磁体平台提供的强磁场环境,通过改变高温超导块材不同的场冷高度,实验研究了高温超导块材悬浮力与垂向磁场变化量的关系.研究结果表明随着垂向磁场变化量的增加,高温超导块材的悬浮力增长趋缓,并最终出现悬浮力饱和的现象.本文还对比了YBCO 和Gd-BCO 两种不同材料超导块材的悬浮性能,结果发现GdBCO 的悬浮力在强磁场环境中表现出更大的潜力.这为高温超导磁浮在强磁场中的应用奠定了基础,通过更加合理地调节磁场的分布,可以更好地发挥高温超导块材的悬浮性能潜力     

高温超导磁悬浮测试过程对测试结果的交叉影响作用

在高温超导磁悬浮系统中,超导体和应用外磁场之间的电磁作用比较复杂。通常,任何测试过程对高温超导磁悬浮系统中相互作用力(悬浮力和导向力)结果都有影响。为了能够得到准确的测试结果,文中研究了测试过程对导向力和悬浮力测试结果的影响,发现高温超导磁悬浮系统中存在的磁历史效应导致了这种影响的存在是必然的,而且是交叉影响作用。实验数据进一步指出,在实际的测试过程中必须根据具体的运动路径来选择悬浮力和导向力的测试过程和顺序,以尽可能地减小两者之间的负面影响。根据不同的测试目的,文中也推荐了对应合理的测试方法。     

超导体与磁体间的三维磁力及磁场测试装置研制

本文研制的三维磁力测试夹具和三维霍耳探头，可以实现：1）直接测量出磁体与磁体、磁体与超导体等之间的三维磁力随两者之间相对位置的变化规律；2）直接测量出任何磁体或组合磁体在空间的三维磁场分布；3）通过将三个三维霍尔探头或九个单独的霍尔探头分别按研究内容的需要固定在所要研究的空间区域，再改变磁体与磁体之间、或磁体与超导体等之间的相对位置，从而在测量出它们之间的相互作用力的同时，测量出由于它们之间因相对位置改变而引起的动态磁场分布变化；还可以得到磁体接近超导体时磁场进入超导体的动态变化规律等．该套测试装置，将工作效率提高到原来的300％以上．这对研究磁性材料的宏观磁性质具有非常重要的意义．     

ICF用磁性玻璃靶丸悬浮磁场的确定及材料制备初步研究

 根据靶丸悬浮原理，推导出ICF用磁性靶丸在悬浮磁场中受力的函数关系式，从而得到了靶丸悬浮的理论模型。通过实验和理论相结合的方法，得出当靶丸中磁性材料掺入质量百分比由1%增加到6%时，靶丸的磁场强度由0.09 mT增加到0.44 mT，而对应的外界悬浮磁场由0.93 mT减小到0.23 mT。     

空心圆柱形永磁体内径对单畴GdBCO超导块材磁悬浮力的影响

通过对空心圆柱形永磁体与单畴GdBCO超导体磁悬浮力的实验测量,研究了空心圆柱形永磁体内径(d)的变化对超导体磁悬浮力的影响.结果发现,当空心圆柱形永磁体内径从0 mm增加到26 mm时,超导磁悬浮力大小与空心圆柱形永磁体内径有着密切关系(最小测量间距Z=2 mm),所有超导磁悬浮力曲线都存在磁滞现象.随着空心圆柱形永磁体内径的增大,最小间距处超导磁悬浮力逐渐减小,从d=0 mm时的14.8 N减小为d=26 mm时的-0.1 N,d≥20 mm时,最小间距处超导磁悬浮力出现负值;当0 mm≤d5 mm时,超导体最大磁悬浮力出现在最小间距处,d≥5 mm时,超导磁悬浮力先增大后减小,最大超导磁悬浮力产生的位置随着内径的增大而变大.研究表明:只有科学合理地设计永磁体结构参数,才能获得较大的磁场强度,提高超导磁悬浮力特性.该结果对设计并优化磁悬浮轴承系统、环形轨道和超导体的实际应用具有一定的指导意义.     

The attenuation of the levitation force of HTS bulk exposed to AC magnetic field on the above NdFeB guideway

In the present High Temperature Superconducting (HTS) maglev vehicle system, the air gaps between the adjacent permanent magnets make the magnetic fields above the NdFeB guideway non-uniform. So it is required to study the characteristics of levitation force of the HTS bulk affected by the non-uniform applied magnetic fields along the moving direction. In this paper, we have studied the characteristics of the levitation force relaxation by an experiment in which AC magnetic field generated by an electromagnet is used to simulate the time-varying magnetic field caused by the inhomogeneity of the NdFeB guideway. From the experiment results, it is found that the levitation force is attenuated with the application of the AC field, and the attenuation is increased with the amplitude of the AC field, but the attenuation is almost independent of the frequency the AC magnetic field.     

辅助永磁体厚度对单畴GdBCO超导体捕获磁场分布及其磁悬浮力的影响

研究了两种磁悬浮系统组态中圆台形辅助永磁体厚度对高温超导体捕获磁场和超导磁悬浮力的影响。结果表明,圆台形辅助永磁体的下表面和GdBCO超导体上表面同处在一个水平面上,磁化用圆台形辅助永磁体的厚度H从5 mm增加到45 mm时,超导体捕获磁场和磁悬浮力与圆台形辅助永磁体的厚度直接相关。（1）当圆台形辅助永磁体的北极垂直向上且用液氮冷却后移除辅助永磁体时,最大磁悬浮力从21.8 N增大到26.5 N,再减小到22.9 N;（2）当圆台形辅助永磁体的北极垂直向下且用液氮冷却后移除辅助永磁体时,最大磁悬浮力从20.5 N减小到11.9 N ,再增加到20.4 N;（3）两种磁悬浮系统组态中最大磁悬浮力不一致,与零场冷情况下的最大磁悬浮力14.6 N也不同。在超导磁悬浮应用系统设计中,只有科学选择辅助永磁体形状和尺寸,合理设计组合方式,才能获得较强的磁场强度,提高超导磁悬浮力特性,该结果对促进高温超导体的实际应用具有重要的指导作用。