基于遗传算法的紧凑型高温超导托卡马克磁体优化

基于遗传算法和二维轴对称磁场有限元模型对高温超导托卡马克装置磁体进行了优化设计。以超导带材使用量最少为优化的目标函数，在给定的背景场设计指标和高温超导带材在50K、不同背景场的临界电流数据下，对磁体物理参数以及运行电流进行优化，得到了托卡马克高温超导磁体在50K温区下的设计方案。     

基于线性规划的高温超导磁体线圈设计方法

电子真空回旋器件是一种对磁场精度要求较高的微波源装置, 一般采用超导磁体提供磁场环境. 超导磁体的应用中, 磁场分布的实现是超导磁体设计的核心问题. 提供回旋器件磁场的高温超导磁体包含较复杂的磁体绕组, 为了解决此类设计计算问题, 本文提出了一种包含设计区域约束的线性优化方法进行回旋器件高温超导绕组的设计优化, 通过分步的约束和线性优化计算, 可得到同时满足设计要求和绕组可实现的设计磁场电流分布设计. 计算实例的结果给出了一个提供磁场强度1 .3 Tesla, 长度285 mm 的均匀磁场区域, 同时满足多位置的磁场要求, 设计结果与要求一致度较好, 精度满足应用需求. 该计算方法是一种可适用于较复杂磁场要求和超导绕组结构的设计优化方法.     

无绝缘高温超导双饼线圈的瞬态电热特性分析

无绝缘高温超导线圈具有良好的电热稳定性和机械紧凑性,但其充电过程中却有明显的磁场延迟现象。为详细了解无绝缘高温超导线圈励磁过程的瞬态特性,建立了无绝缘高温超导线圈的同轴圆环等效电路模型。通过绕制一个670匝的无绝缘高温超导双饼线圈,在液氮温度下进行不同充电速率的励磁实验,初步验证了等效电路模型的正确性。基于该模型,针对线圈励磁过程的充电和恒流阶段,仿真得到了线圈各匝的径向电流分布规律和电热损耗特性。     

基带材料对单层高温超导电缆模型交流损耗的影响

高温超导(HTS)带材的基带可以改变带材的磁场分布,从而影响到带材的交流损耗。从实验和数值分析两个角度计算了不同高温超导带材的自场损耗,并分析了不同基带对带材自场损耗的影响。利用不同高温超导带材制作了多个单层高温超导电缆模型,并从磁性基带的角度分析了各模型的交流损耗特性。结果显示非磁性基带不影响带材的交流损耗。对于超导电缆模型而言,当磁性基带位于模型外侧时,模型外部空间不存在损耗磁通。此外BSCCO模型和YBCO模型的交流损耗特性相似,NY模型和YN模型的损耗相比前两个模型偏大。尤其在低电流区域,YN模型的交流损耗最大。     

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。     

一种超导重力仪磁悬浮力的等效计算

为实现超导重力仪磁悬浮力的精确计算,以GWR型超导重力仪为模型基础,采用有限元的思想,将超导球表面电流理想化为多个等高共轴电流环,计算出各个电流环与超导线圈的作用力,求和得到线圈与超导球间的磁悬浮力。利用MATLAB完成计算程序实现,通过改变下线圈电流和上、下线圈电流比,获得满足一定条件的磁悬浮力及其梯度。选取合适的模型参数,计算出线圈对质量为m=4.069 g超导球的磁悬浮力大小为:Ftotal=3.988×10^-2N,磁悬浮力梯度为:-9.699×10^-3N/m,此时悬浮力梯度合适,满足系统稳定性和灵敏度的要求。     

磁悬浮飞轮转子组件温度场分析与研究

磁悬浮飞轮作为一种航天器的姿态控制执行机构当其工作在高真空环境下时，散热条件差，系统温度过高，导致转子组件热膨胀，产生热应力或改变磁轴承及电机的间隙，则会降低系统的可靠性。利用有限元软件ANSYS对一种磁悬浮飞轮系统的转子组件进行了温度场仿真，考虑了传导及辐射的传热方式，得到了飞轮转子组件的温度场分布，并且分析了组件材料属性对温度场分布的影响，最后对飞轮系统的强化传热进行了研究。分析所得温度值与实验测值相符，为磁悬浮飞轮系统的热设计及总体结构设计提供了重要依据。     

高温超导飞轮储能系统磁悬浮力的仿真计算与分析

阐述了飞轮储能系统的基本结构,利用有限元分析软件ANSYS进行仿真分析,搭建模型进行磁悬浮力计算,并研究系统超导块与永磁体之间的间隙和半径等尺寸参数的改变对超导磁悬浮力大小的影响。在完成上述工作后,在原悬浮系统的基础上,在超导块外侧加上线圈,并分析线圈中所加电流密度大小的不同对超导磁悬浮力的影响。     

浅析电子型掺杂铜氧化物超导体的退火过程

铜氧化物高温超导体的发现, 打破了基于电声子相互作用BCS理论所预言的超导转变温度极限, 掀开了高温超导材料探索和高温超导机理研究的序幕. 根据掺杂类型的不同, 铜氧化物超导材料可以分为空穴型掺杂和电子型掺杂两类. 受限于样品, 对电子型掺杂铜氧化物的研究工作远少于空穴型掺杂体系. 本文简要回顾有关电子型掺杂铜氧化物超导体近期研究成果, 通过对比电子型掺杂和空穴型掺杂铜氧化物的相图来阐明电子型掺杂铜氧化物的研究对探索高温超导机理的必要性, 并特别针对电子型掺杂样品制备中的关键因素“退火过程”展开讨论. 结合课题组最新实验结果和相关实验报道我们发现电子型掺杂铜氧化物超导体在制备过程中除受到温度和氧分压的影响外, 退火效果还受到界面应力的强烈调制. 在综合考虑样品生长过程中温度、气氛及应力等多种因素的基础上, 探讨了“保护退火”方法导致电子型体系化学掺杂相图变化的起因.     

10MJ高温超导环形磁体电磁优化设计

随着超导技术的发展,大容量、高场强的高温超导磁体已成为未来超导磁体的主要发展方向。文中以10MJ高温超导环形磁体为研究对象,以磁体的总用线量为优化目标,采用二代YBCO带材进行了环形磁体的电磁优化设计,利用遗传算法和有限元建模获得了磁体的最小总用线量,分析了在满足磁体储能量的情况下,线圈的内直径和线圈个数对环形磁体临界电流、总用线量的影响。