混合型高温超导飞轮储能系统磁悬浮力的仿真分析计算

磁悬浮力是块状超导体重要的实用参数,研究磁悬浮力具有实际意义;介绍了超导块材的自稳定悬浮原理;研究了永磁体的半径对系统磁悬浮力的影响,以及在永磁体半径与超导体半径不同时永磁体厚度、永磁体与超导块之间的距离及通过线圈的电流对混合磁悬浮系统的磁悬浮力的影响。使用Ansys软件对混合磁悬浮系统模型进行了仿真分析,并总结了系统各个参数与磁悬浮力之间的关系。最后通过实验验证了所得到的结论。     

LK-99的半磁悬浮和高温超导体的锁定磁悬浮

基于电磁学和超导物理学的原理和相关实验数据,说明所谓的室温常压超导体LK-99在圆盘状钕铁硼永磁体极面的半悬浮应来源于其中的铁磁杂质碎片所受的转矩和引力。涂覆Y-Ba-Cu-O的高温超导体薄片在这种永磁体磁极上下的锁定悬浮,则起因于不均匀外磁场中超导体位置变化感生的超导电流所受该磁场的位置回复洛伦兹力,而并非迈斯纳效应和所谓的量子锁定的结果。     

NdFeB永磁体下YBaCuO块材在交流磁扰动中的悬浮力磁滞特性

研究了交流磁扰动对高温超导块材和永磁体之间悬浮力的影响。实验分析了在零场冷(ZFC)条件下,不同频率的交流磁场扰动下的悬浮力曲线;另外还研究了交流磁扰动在永磁体下降和上升过程中对悬浮力的影响,发现上升过程中悬浮力受交流磁场影响较大,而在下降过程中影响则较为不明显,同时随着交流磁场幅值的增大,悬浮力的滞回曲线逐渐加宽。说明交流磁场导致了超导块磁滞损耗的增加,对超导磁浮特性的研究具有理论意义。     

高功率光隔离器永磁系统的理论研究与优化

基于阵列永磁体的特点以及光隔离器对磁场的需求设计了两种适用于高功率隔离器的永磁系统,分析了其磁场分布、磁场非均匀性对隔离度的影响,研究了磁体装配误差对磁场的影响。研究结果表明：通过引入斜向磁化永磁体,选择合适的磁化角度和磁体长度,可以提高永磁体的磁场强度,大幅度减小旋转器所需磁光晶体长度;受磁场非均匀性影响的隔离度与磁光晶体的孔径、长度以及入射激光的光斑半径有关,当晶体长度一定时,减小晶体半径和入射光的半径可以显著提高隔离度。在入射光半径为1.5 mm、磁光晶体半径5 mm时,对应的隔离度分别为105.8 dB和45.4 dB。     

高功率光隔离器永磁系统的理论研究与优化

基于Halbach阵列永磁体的特点以及光隔离器对磁场的需求,设计了两种适用于高功率隔离器的永磁系统,分析了其磁场分布、磁场非均匀性对隔离度的影响,研究了磁体装配误差对磁场的影响。研究结果表明:通过引入斜向磁化永磁体,选择合适的磁化角度和磁体长度,可以提高永磁体的磁场强度,大幅度减小旋转器所需磁光晶体长度;受磁场非均匀性影响的隔离度与磁光晶体的孔径、长度以及入射激光的光斑半径有关,当晶体长度一定时,减小晶体半径和入射光的半径可以显著提高隔离度。在入射光半径为1.5mm、磁光晶体半径5mm时,对应的隔离度分别为105.8dB和45.4dB。     

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。     

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GdBCO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...     

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．     

电磁悬浮熔炼的温度特性

利用一般电磁悬浮熔炼感应器，球形试样悬浮情况下，悬浮力和悬浮试样输入功率表达式，建立了不含悬浮感应器电流的悬浮试样输入功率表达式.利用这些表达式，结合自然对流情况下，球形试样在气体介质中的功率耗散模型，建立了悬浮熔炼工艺参量与悬浮熔炼试样温度之间的关系.以(TbDy)Fe2合金在Ar气保护情况下，在一定工艺条件下的电磁悬浮熔炼为例，得到了电磁悬浮熔炼各种工艺参量与悬浮试样温度的关系.通过对计算结果的分析，结合实际电磁悬浮熔炼特点，得到了降低电磁悬浮熔炼试样最低温度的措施：减小悬浮试样的半径；在能够实现悬浮 关键词： 电磁悬浮熔炼 悬浮力 输入功率 耗散功率     

高温超导飞轮储能系统磁悬浮力的仿真计算与实验分析

超导磁悬浮飞轮储能装置储能密度大、储能效率高,具有很好的发展前景。阐述了超导磁悬浮飞轮储能装置的基本原理。主要研究了超导块与永磁体之间的间隙、两者的半径和永磁体厚度等尺寸参数对磁悬浮力的影响。运用有限元分析软件ANSYS对磁悬浮的基本模型进行仿真计算,得到模型的磁力线分布,进一步总结各个参数和磁悬浮力之间的关系,并进行实验验证得到的结论。     

Angular Dependence of Lateral and Levitation Forces in Asymmetric Small Magnet/Superconducting Systems

The dipole-dipole interaction model is used to calculate the angular dependence of lateral and levitation forces on a small permanent magnet and a cylindrical superconductor in the Meissner state lying laterally off the symmetric axis of the cylinder. Under the assumption that the lateral displacement of the magnet is small compared with the physical dimensions of the system, we obtain analytical expressions for the lateral and levitation forces as functions of geometrical parameters of the superconductor as well as the height, the lateral displacement and the orientation of magnetic moment of the magnet. The effect of thickness and radius of the superconductor on the levitation force is similar to that for a symmetric magnet/superconducting cylinder system, but within the range of lateral displacement. The splitting in the levitation force increases with the increasing angle of orientation of the magnetic moment of the magnet. For a given lateral displacement of the magnet, the lateral force vanishes when the magnetic moment is perpendicular to the surface of the superconductor and has a maximum value when the moment is parallel to the surface. For a given orientation of the magnetic moment, the lateral force has a linear relationship with the lateral displacement. The stability of the magnet above the superconducting cylinder is discussed in detail.     

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。     

高超声速飞行器磁控热防护系统建模分析

针对高超声速飞行器防热, 搭建了螺线管磁控热防护系统的物理模型. 采用低磁雷诺数磁流体数学模型, 分析了外加磁场强度及磁场形态对磁控热防护效果的影响. 对比了三种磁场类型(磁偶极子、螺线管、均布磁场)下磁控热防护效果的差异, 分析了螺线管几何参数对磁控热防护效果的影响. 研究表明, 磁场降低表面热流作用存在“饱和现象”; 三种磁场形态的磁控热防护能力从小到大依次为磁偶极子、螺线管、均布磁场; 相同驻点磁感应强度条件下, 增大螺线管半径有利于提高磁控热防护效果, 缩短螺线管与驻点距离不利于驻点和肩部防热, 螺线管长度对磁控热防护效果影响相对较小.     

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.     

An Optimized Passive Shimming Method for Bi-planar Permanent MRI Magnets

An optimized passive shimming method with iron shims is presented in this paper. First, the influence value of a single iron or magnetized shim is fast calculated and determined by analytic solution with a single practical measurement. Then, the correlation between the influence value and parameters of a single shim is analyzed, and the proper parameters, including the position, polarity, and size (radius and thickness), of the shimming pieces are well selected. Finally, the numbers and locations of the passive shims are optimized by mixed-integer linear programming method based on a modified central magnetic field. The optimized method is applied to a 0.5 T Bi-planar permanent magnet magnetic resonance imaging system, and the presented results prove the efficacy of this optimized passive shimming methodology.     

The Absorption Properties of One-Dimensional Spherical Photonic Crystals Based on Magnetized Ferrite Materials

Based on a spherical coordinate system and Maxwell's set of equations, the calculation formulas of one-dimensional (1-D) magnetized ferrite spherical photonic crystals (MFSPCs) are obtained and treated with the solution method of the spherical Bessel equations. Combined with the conventional transmission matrix method, expressions for the absorptance, reflectance, and transmittance of the 1-D MFSPCs are given. 1-D MFSPCs consisting of the general dielectric and Yttrium iron garnet (YIG) are also designed to verify the correctness of the conclusions. Variables such as external magnetic field, incidence angle, initial radius, and YIG thickness effects on the features of such 1-D MFSPCs are also discussed. The transformation of the external magnetic field has a linear relationship with the position of the absorption band (AB). The three variables of incidence angle, initial radius, and YIG thickness have a substantial influence on the width and position of the AB, which can be adjusted according to the actual demand and are of high application significance. The results of this study can be helpful for the design of multifunctional absorbers and radome.