非金属低温杜瓦装置的研制

报道了一种非金属杜瓦装置的研制,以满足高温超导磁悬浮车系统对液氮低温容器的要求。这种长方体低温容器采用无磁非金属材料制备,从而可以避免由涡流导致的阻力和热损耗,以及由磁性导致的吸引力等不利于高温超导磁悬浮车系统的影响。容器的液氮损耗率为0.55L/h。综合性能测试表明,该非金属杜瓦可以作为高温超导磁浮车低温容器的理想选择之一。     

高温超导高速磁浮交通系统悬浮导向与牵引方案研究

本文提出了一种全高温超导高速磁悬浮交通技术模式, 该技术模式采用高温超导钉扎悬浮导向和高温超导直线电机牵引, 具有高速运行、 静态悬浮和动态自稳定悬浮导向三大特征. 根据5 编组时速500 公里磁悬浮列车的运行要求和工况, 本文对高温超导钉扎悬浮导向系统和高温超导直线牵引系统进行了方案设计, 并通过有限元仿真对所提方案进行了可行性分析和验证. 结果证明了全高温超导磁悬浮系统的高速运行、 静态悬浮和动态自稳定悬浮导向技术优势和设计方案的可行性.     

基于H-法高温超导轴承悬浮特性的数值仿真研究

当高温超导体处于超导态,永磁体的部分磁力线进入到超导体内,由于磁通钉扎的作用,永磁体无需控制而稳定悬浮,这种悬浮具有无源自稳定的优良特性,利用这种特性的高温超导轴承应运而生.本文通过数值仿真的方法研究高温超导轴承的悬浮特性,建立了基于H-法的有限元模型,采用幂指数函数表示超导体的E-J特性.通过实验数据与仿真数据的对比验证了模型的正确性,讨论了误差产生的原因.数值仿真形象地显示了超导定子在永磁转子轴向运动过程中的电磁行为.     

35kV/90MVA高温超导限流器低温系统

35kV/90MVA高温超导限流器的低温系统是一个开放式的液氮制冷系统,包括一个环形不锈钢杜瓦、真空绝热管、压力及温度传感器、低温阀门以及监控系统.高温超导磁体放置在杜瓦中;监控系统检测杜瓦内液氮的液面,并控制往杜瓦内进行补液.杜瓦内蒸发的氮气通过真空绝热管道直接排放到大气中.分别对不同工况下的液氮蒸发量进行了测量.进...     

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.     

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     

预载过程对YBCO块材磁体弛豫特性的影响

通过预先磁化的方法可将高温超导块材制备成块材磁体,以有效提升悬浮系统的整体工作性能.未经磁化的高温超导块材处于悬浮状态时,其内部超导电流会随时间增长出现衰退,即存在弛豫现象.预载过程是一种抑制高温超导块材内部电流弛豫的有效方法,可以保证悬浮系统工作特性的稳定.然而,当高温超导块材经历磁化后,其内部已存在磁化超导电流,该磁化超导电流与悬浮过程中产生的超导电流相互叠加,产生独特的电流分布特性及弛豫特性.本论文主要探讨预载过程对高温超导块材磁体弛豫特性的影响,通过实验测试和对比分析,揭示不同磁化状态下弛豫过程的特点,从而为高温超导块材磁体在悬浮系统中的实际工程化应用提供有效的参考依据.     

车载高温超导磁悬浮系统的设计

介绍车载高温超导磁悬浮系统的设计问题。为了完成系统的设计 ,首先进行了单块和多块YBCO高温超导体块材的悬浮力的研究 ,同时考虑了 YBCO高温超导体块材的选取问题。设计的目标是稳定悬浮 350 kg,采用 8个车载液氮低温容器 ,这种容器是底壁仅 3mm厚的长方体形的。     

梯形高温超导磁体电磁特性仿真与实验研究

超导电动悬浮列车以超导磁体作为核心部件, 具有环境影响小、 高速下自稳定、 安全性能好等优点, 已成为高速轨道交通的重要发展方向之一. 然而, 传统的磁体线圈结构存在绕组内磁场过于集中的问题, 导致磁体的临界电流下降显著, 列车的悬浮及安全性能也受到影响. 针对现有悬浮磁体结构自场集中导致的临界电流衰减问题,本文提出了一种梯形高温超导磁体线圈结构. 建立了一种可以提升磁体临界电流计算效率的均质自洽模型, 设计了梯形结构线圈的结构参数并完成了磁体线圈的绕制. 实验和计算结果表明, 自洽模型计算的磁体临界电流与实验测量值吻合良好, 验证了模型的准确性. 利用该模型对日本山梨试验线上的全尺寸车载高温超导磁体进行了结构优化设计. 研究发现, 优化后的车载磁体绕组内磁场集中程度明显下降, 车载磁体的临界电流及目标区域的磁场强度显著提高. 本研究相关成果可为电动悬浮列车车载磁体的结构设计提供参考.     

35kV/1.0kA冷绝缘高温超导电缆温度分布

针对35 kV/1.0 kA单相冷绝缘高温超导电缆及以液氮为低温冷却介质的单通道循环冷却系统,研究超导电缆轴向和径向温度分布。根据冷绝缘高温超导电缆的结构特点,计算了超导电缆的热负荷,建立了超导电缆热分析数学模型和热平衡方程。通过求解热平衡方程,得到了稳态运行时超导电缆的轴向和径向温度分布,为超导电缆低温系统的设计与优化提供了重要的参考价值。     

预载对高温超导磁悬浮系统中横向运动引起的悬浮力衰减行为的影响

预载是一种有效抑制高温超导磁悬浮系统中由横向运动引起的悬浮力衰减的方法,但目前研究仅停留在概念验证阶段,尚未对影响预载效果的一些因素进行详细地分析和研究.利用高温超导磁悬浮测试系统,本文通过改变块材的冷却条件(场冷和零场冷)、悬浮高度以及轨道磁场结构、材料性能等实验研究了不同预载高度下YB-CO块材的悬浮力随横向运动次数的变化关系,得到这些因素对预载条件下悬浮力随横向运动变化情况影响的规律.结果表明,预载高度越低,由横向运动引起的悬浮力变化越快地趋于稳定,但悬浮力的稳定值也越小,并且这一现象不随冷却条件、悬浮高度、轨道磁场结构和材料性能等因素的改变而变化.     

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。     

Influences of cooling height and lateral moving speed on the levitation characteristics of YBaCuO bulks

Using an updated high-temperature superconductor (HTS) maglev measurement system, electromagnetic forces between a YBaCuO bulk superconductor and a permanent magnet (PM) have been measured under different cooling height (CH) and different lateral moving speed of the PM. It is found that the influence of the moving speed on both the levitation and lateral force is substantial and as such the results shown in this work are a benefit to the understanding of levitation systems.     

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。     

波纹管对超导电缆出口液氮温度的影响

建立了30米长高温超导电缆的二维模型,利用Fluent软件对该模型进行仿真分析。在该模型中,采用波纹管恒温器,分析了波纹管的波距、波高等因素对出口液氮温度的影响。结果表明:在相同的热负荷及流量下,波纹管的波距越小,波高越大,出口液氮温度越高。超导电缆波纹管内液氮温度模拟,为低温冷却系统的优化设计提供理论依据。     

Temperature dependence of levitation force and its relaxation in a HTS levitation system

Using a modified Gifford–McMahon refrigerator to cool the cylindrical bulk YBaCuO superconductor within the region of 100–10 K, and using an updated high-temperature superconductor (HTS) maglev measurement system, the levitation force and its time relaxation at different temperatures between a YBaCuO bulk superconductor and a permanent magnet (PM) have been measured under zero-field cooling. It is found that decrease the cooling temperature of HTS can decrease the hysteresis of magnetization and increase the maximum levitation force of each hysteresis loop. For the relaxation of levitation force, if the temperature is continually lowered to 10 K after the relaxation measurement at given cooling temperature is performed for 600 s, the levitation force will continue to decrease sharply with the lowering of temperature even though it will get stable if the temperature is not lowered. Our results shown in this work are a benefit to the understanding of levitation systems.     

永磁轨道上方高温超导块材各向异性对悬浮力弛豫特性的影响

采用顶部熔融织构生长法制备的高温超导块材YBCO通常有5个生长区域．通过捕获磁通实验研究,人们发现高温超导块材内部生长区域及边界的捕获磁通能力不同,存在明显的各向异性．面向高温超导磁悬浮应用,本文比较研究了3块不同的高温超导块材YBCO组合在永磁轨道上方悬浮力弛豫特性．实验结果表明,无论场冷还是零场冷情况,块材籽晶生长...     

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.