大孔径背景场磁体的设计与分析

基于中国聚变工程实验堆(CFETR)接头的设计要求，提供了一种大孔径背景场磁体的设计方案。构造出大孔径背景场磁体的结构，利用背景场磁体来得到相应的磁场数据，对比研究磁体的参数对磁场的影响，得出相关参数的变化规律。利用Gandalf 程序模拟计算出CFETR 接头背景场磁体的分流温度，考虑到液氦的流体力学性能，采用Gandalf 程序模拟超导股线的失超行为，估算出较为精确的最小失超能。将最小失超能作为Q₀ 值代入到程序中得出热斑温度值，分析结果表明，设计符合要求，为CFETR 高温超导接头的制作和实验提供了可靠依据。     

HL-2M装置5MW-NBI加热束线偏转磁体研制

根据HL-2M装置5MW-NBI加热束线总体设计参数、注入器的部件空间布局、几何汇聚特点等,建立了基于8饼线圈的注入器偏转磁体3D模型。利用电磁场模拟软件CST Studio详细模拟了注入器的偏转磁体产生的偏转磁场分布,不同成份离子束的偏转轨迹。在模拟分析结果的基础上优化了偏转磁体的物理结构,完成了磁体的工程设计、加工和测试。偏转磁体的磁场测试结果表明,测试值与CST计算值的偏差小于±5%,达到注入器偏转磁体设计要求。     

10 MJ超导储能磁体临界电流分布及热稳定性分析

本文介绍了一种由准各向同性股线(Q-IS)和直接堆叠带材导体(STC)绕制而成的高温超导储能磁体。计算了磁体的临界电流,得到了临界电流密度分布,在绝热近似下分析了磁体的最小失超能(MQE)和失超传播速度(QPV)等热稳定性能。结果表明,STC绕制的磁体临界电流更大,而Q-IS制成的磁体临界电流密度分布均匀性具有明显优势,当归一化电流i=0.6、0.7、0.8、0.9时,Q-IS绕制的磁体的MQE分别是STC绕制磁体的1.15、1.22、1.42、3倍。对于失超传播速度(QPV),Q-IS绕制的磁体的仿真值大约是STC绕制磁体仿真值的82%～92%。     

基于阶梯填充系数法的单螺管储能磁体优化设计

高温超导带材的出现,使超导储能磁体能以更高的性价比应用于工程中,然而YBCO的各向异性使带材整体的利用率较低,储能潜力没很好开发出来。本文通过ANSYS maxwell建立磁体有限元模型,结合YBCO带材的临界电流特性以及磁体上"坏点"的位置分布规律,提出一种新磁体结构即阶梯填充系数结构。与初始储能磁体相比,优化后双阶梯填充系数磁体最大径向磁场值降低14.08%,储能提高24.88%;三阶梯填充系数磁体最大径向磁场值降低44.52%,储能提高67.17%。在此基础上进行了磁体机械稳定性检验,结果表明,机械稳定度约达80%,可稳定运行。     

脉冲磁体中的热效应

本文第一次建立了在一个正弦型脉冲通过磁体期间考虑热效应时的瞬态电流方程.计算出热效应引起电流峰值的减小,指出在脉冲时间大于10ms、磁场强度小于1MG的脉冲磁体中,热效应不是影响获得高强脉冲磁场的主要因素,只要解决磁体受力问题,目前的场值还可以大幅度提高;并指出磁体的起始电阻是影响场值的敏感因素. 理论计算第一次给出了在一个脉冲期间,通过磁体的电流与时间关系,及磁体材料的电阻和温度随时间的变化.     

基于近似解析法的超导储能磁体设计

降低超导储能磁体的研制成本一直是控制超导磁储能系统(Superconducting Magnetic Energy Storage, SMES) 总成本的重要手段之一. 本文考虑在一定磁体结构参数范围内, 磁体产生的最大磁场值可以采用级数进行 表示, 磁体的电感值可以采用线性函数表示, 给出了超导储能磁体磁场能量的近似解析表达式, 提出了一种基于近 似解析法的超导储能磁体设计方法. 该方法以储能磁体的线材用量最小作为设计目标, 在给定超导线材参数和临界电流特性曲线, 以及磁体储能总量要求的情况下, 依据此方法可快速的得到成本最优时所对应的磁体结构参数.将近似解析法优化和采用传统的有限元软件 Ansys 仿真优化进行对比分析, 结果表明采用近似解析法进行磁体优化更加方便快捷, 节省了大量计算时间.     

8T���߹��͸��³�������ĵ���Ż������

介绍了一种强磁场高温超导螺线管磁体电磁性能的优化方法。通过编写Matlab数据处理程序优化了一个中心磁感应强度为8T、内径为20cm的磁体。利用有限元分析法分析已优化磁体的磁场分布,得到磁体在垂直方向的最大磁感应强度值与Matlab数据处理程序计算的结果基本吻合。     

千匝量级高温超导YBCO磁体交流损耗的仿真分析

高温超导YBCO带材严重的各向异性,使得YBCO磁体的交流损耗特性比BSCCO磁体更加复杂。利用有限元方法研究了匝数多达1000匝的YBCO磁体的交流损耗特性。该方法基于H方程,考虑了YBCO带材与磁场强度和方向相关的临界电流密度以及高温超导体高度非线性的E-J关系。由于磁体匝数众多,采用均质化bulk近似方法简化了磁体建模,加快了计算速度,并以200匝带材组成的双饼为例,对比均质化Bulk模型和考虑超导层实际尺寸的参考模型,验证了该方法的可靠性。此外,还详细分析了不同传输电流上升率、幅值以及带材的n值和临界电流等参数对YBCO磁体交流损耗的影响。     

YBCO堆叠高温超导磁体的磁悬浮振动传递特性实验研究

在YBCO堆叠磁体与永磁轨道构成的高温超导磁悬浮系统中,永磁轨道的振动通过电磁作用传递给YBCO堆叠磁体.本文通过实验研究了振动在YBCO堆叠磁体磁悬浮系统中的传递效率与基振加速度幅值和基振频率的关系.研究表明:在YBCO堆叠磁体磁悬浮系统中,YBCO堆叠磁体自由振动频率在9 Hz左右;一定低频条件下,振动的传递效率与基振加速度幅值呈正相关趋势,与基振频率呈负相关趋势.     

高温超导磁体系统发热仿真及实验研究

本论文对高温超导磁体在传输直流电流时产生的损耗进行了理论分析和实验验证．本文考虑了高温超导带材非线性模型磁场方向对带材临界电流和n值的影响，用Bi2223超导带材绕制了（一个由20个双饼组成的高温超导磁体，用数值仿真和实验方法研究了此磁体传输直流电流时的指数损耗．并对每个双饼以及每匝线圈的损耗进行了分析．在液氮温度下对一个双饼线圈进行了指数损耗的测量，测量结果与数值仿真结果相当吻合．利用高温超导体临界电流此非线性模型，本文对此磁体快速励磁情况下的交流损耗的特点进行了数值模拟．     

同轴嵌套四螺管型1MJ超导储能磁体漏磁场研究北大核心

超导储能系统(SMES)强漏磁是影响其安全运行和大量投入使用的关键问题之一。在磁体储能值为1MJ级别的前提下,通过对超导储能磁体参数的计算和有限元分析及仿真的方法,利用两组同轴嵌套型双螺管超导磁体及磁偶极矩的研究方法建立了一个同轴嵌套四螺管型超导储能磁体并对该磁体的漏磁场进行了分析,得出该结构磁体具有极好的降低漏磁的效果。     

超导四极磁体降温和升温过程的数值模拟

 超导四极(SCQ)磁体是北京正负电子对撞机重大升级改造中的新增关键设备之一，在磁体降温和升温过程中，温度梯度引起的过大热应力有可能毁坏磁体。从SCQ磁体安全运行角度来研究该磁体降温和升温过程，提出了SCQ磁体降温和升温的数值模型。利用该模型计算得到降温和升温时间分别为120 min和150 min。考察了氦流进出磁体温度、压力、磁体上最高温度和最低温度以及最大温差的变化过程。降温过程中磁体上的最大温差为46.5 K，升温过程中磁体上的最大温差为47.3 K。降温过程中氦流最大压力为0.39 MPa，升温过程最大压力为0.41 MPa。为保证磁体安全运行，应小心调节混合气的温度，尽量使磁体上的温度分布均匀后再注入4.5 K或300 K的氦气。     

ITER磁体支撑结构有限元分析

磁体支撑结构是国际热核聚变实验反应堆(ITER)的重要部件,对其进行力学特性分析研究是确保整个反应堆正常运行的关键。通过对磁体支撑结构各工况下的强度、刚度的数值分析,给出了磁体支撑结构对应工况下各零部件的应力分布及变形量;分析结果表明磁体支撑结构各零部件的最大应力值均小于许用应力,满足强度要求,各零部件变形合理,不会出现脱开失稳现象。通过数值分析,为国际热核反应堆磁体支撑结构提供了理论设计数据,提升了磁体支撑结构的安全性和可靠性。     

Bi2223/Ag带小型高温超导实验磁体设计

Bi2223／Ag带材的强各向异性决定了其临界电流对垂直于带材表面的磁场非常敏感，这是该带材在高温超导磁体等强电应用方面的不利因素。我们从减小磁体最大径向场BRmax对磁体运行电流的影响、充分利用超导材料的原则出发，讨论了高温超导磁体的设计方法。在小型Bi2223／Ag实验磁体的设计中，根据对径向磁场的计算、分析，确定了磁体的工作点。     

CFETR 磁体支撑初步概念设计

描述了中国聚变工程实验堆(CFETR)磁体支撑系统的初步工程概念设计，介绍了纵场(TF)磁体支撑 和极向场(PF)磁体支撑的结构设计。用解析法和有限元法对磁体支撑进行了初步的分析。分析结果表明，该设计基本满足磁体支撑的要求。     

1.5MJ级超导储能磁体漏磁屏蔽方案的研究

超导储能系统(SMES)是解决电能质量和储能问题的有效途径,但漏磁问题会限制它的使用。,文中提出了同轴串列式四螺管型超导储能磁体结构,以解决单螺管型超导储能磁体漏磁大的问题,并在磁体储能值为1.5MJ级别的前提下,通过仿真手段对两种磁体的漏磁场进行了分析和对比,得出有意义的结论。     

强场NB_3SN-NBTI混合型超导聚焦螺线管的研制

介绍了为强流重离子加速器(HIAF)研制的强场超导聚焦螺线管样机的设计。该磁体中心场达到10T,在距离磁体中心260mm处的漏场要求小于240Gs,且保证平方积分场值达到14.2T~2m,由于安装空间的限制,要求尽量缩短磁体长度。为得到符合物理要求的线圈电磁设计,结合全局粒子群算法和局部SLSQP算法,采用Python编写了超导聚焦螺线管的优化设计程序,得到了满足要求的电磁设计方案。为了保证磁体的稳定运行,采用ANSYS对磁体及骨架进行了应力分析,得到了合理的骨架结构设计和关键工艺参数。利用OPERA的QUENCH模块对磁体进行了失超分析,得到了磁体的热点温度、失超电压等参数,确定了失超保护方案。     

超导磁体交流损耗的热测量

本文介绍了用热学测量超导磁体交流损耗的装置和方法.对NbTi三组元和NbTi二组元磁体给出了损耗与交变场幅值、频率,以及磁体的交流临界磁场与频率间关系的测量结果。     

42T水冷磁体容器模态及抗震分析

42 T水冷磁体是我国稳态强磁场实验室在建的设计指标最强的高场水冷磁体装置.本文聚焦于42 T水冷磁体容器在本地7级地震这一极端工况下结构强度可靠性研究.首先基于有限元分析软件对水冷磁体容器进行高压工况下的应力分析，再通过自重分析研究其20阶非零模态的固有频率；根据前20阶固有频率，获得地震水平反应谱值，再结合Response Spectrum模块模拟地震作用下42 T容器的响应谱分析.结果显示，在3 MPa水压工况下容器最大应力为115 MPa,在地震谱激励下产生的最大等效应力为1.69 MPa,最大位移为0.016 mm, 304不锈钢材料许用应力为137 MPa,故42 T水冷磁体容器设计符合7级地震工况要求.     

晶粒易轴取向度对纳米晶永磁Pr2Fe14B磁性的影响

构造了立方和不规则形状晶粒的各向异性纳米晶单相Pr₂Fe₁₄B磁体 .利用微磁学的有限元法，模拟计算了样品的磁滞回线.计算结果表明，随着磁体晶粒易轴取向度的变差， 磁体的剩磁、矫顽力均随之下降.不同晶粒尺寸的纳米晶单相Pr₂Fe_{14B磁体，其磁 性能随取向度的变化快慢不同，原因在于磁体中的晶间交换作用 (IGEC) 的强弱不同.随着 晶粒取向度的提高，纳米晶单相磁体的矫顽力逐渐增加，这完全不同于烧结磁体. 关键词： 纳米晶磁体 矫顽力 剩磁}