混合能源管道的研究现状及关键技术探讨

与传统高温超导输电技术相比,混合能源管道(HETL)是利用低温燃料冷却超导电缆,实现电力、低温燃料长距离一体化输送的能源管道,具有能源损耗更低、功率流密度更高、输送效率更高等优势.介绍国内外氢电一体化输送超导能源管道和气电一体化输送超导能源管道的研究现状,研究混合能源管道的基本结构和安全性问题,并总结出制约该技术发展的...     

高温超导直流能源管道电磁仿真分析

高温超导直流电缆具有高电流密度、低损耗的优势,将液化天然气作为超导电缆的冷却液,可以实现电力与能源的一体化输送,提高传输效率的同时降低综合成本。因此,高温超导直流能源管道技术具有广阔的应用前景,其导体结构设计是相应过程中至关重要的问题。针对100 kV/1 kA高温超导直流能源管道导体部分建立三维电磁模型,对比单极性直线结构与螺旋结构、同轴双极性直线结构与螺旋结构在电流动态变化下的导体内部电流分布,研究导体螺旋结构对电流分布均匀性的影响。     

超导能源管道双缆穿管集成技术研究及应用

本文分析了超导能源管道结构特点,总结超导电缆与能源管道穿管集成作业方法和问题,提出双根电缆在狭窄空间内穿管集成的新思路和方法,通过在"超导直流能源管道的基础研究"项目中实践应用,借助辅助托板实现双根超导电缆与管道无接触穿管,顺利完成双缆穿管集成作业,为其他工程类似集成敷设作业提供了借鉴和帮助.     

Bi-2212元件的超导限流特性测试与数值分析

Bi-2212元件(Bi-2212monofilar bulk element)是开发24KV/630A超导限流器(SFCL)的元件之一。本研究从实验和理论上探讨了Bi-2212元件的直流伏安特性、交流损耗特性、限流特性和局部温度分布。结果发现Bi-2212元件的临界电流增加了3.3倍而工作温度从77K降低到65K。尽管Bi-2212导体是线圈排列,但是其交流损耗的测量值与Norris方程的计算结果相似,温度都在77K和65K之间。故障期间每段温度的测量值与数值分析的结果一致。     

Sr2RuO4超导转变温度附近c方向磁阻行为研究

测量了Sr2RuO4正常态和超导转变温度附近(T=1.5K,4.0K,6K)c方向的磁阻,通过对正常态磁阻分析获得了Sr2RuO4在温度4K和6K下的平均自由程.通过超导涨落分析获得了Sr2RuO4的超导特性参数ξab(0)和ξc(0).     

Fe1.01Se0.4Te0.6单晶的超导电性研究

本文采用自助溶剂法生长得到Fe1.01Se0.4Te0.6单晶样品,超导零电阻温度Tczero=11.0 K,部分样品经400℃进行48小时退火之后,超导零电阻温度变为Tczero=7.0K.分析表明退火后样品的Fe含量变大,超导电性被部分抑制.通过磁场下电阻率-温度曲线的实验测量,用WHH(Werthamer-Helfand-Hohenberg)方法估算得到退火前后样品在0K附近的上临界场分别为83.2T和61.3T.上临界场μ0Hc2(T)随温度变化曲线在0T附近向高温方向上翘,说明样品具有"二流体"行为.直流磁化曲线在40K和120K分别出现向下弯曲,40K处的变化可能对应于过量Fe的自旋冻结.应变测量结果显示样品在117K时应变值发生一个突变,变化量约为晶格参数的0.06%,显示样品发生一个结构相变.因此,120K处的磁化下降对应于样品从四方相到正交相的结构转变.     

NbTi超导缆绝缘工艺温度下电阻率的研究

超导线圈绝缘固化可以通过给超导线圈中超导缆通入电流,以超导缆自身产生的焦耳热对线圈加热,得到线圈绝缘工艺所需的温度;同时将CICC导体中Nb Ti超导缆和单根超导线加热到线圈绝缘工艺相关温度,用直流四线法测量Nb Ti超导缆和单根超导线在不同温度下的电阻率,得到在303K~443K温度区间内Nb Ti超导缆和超导线电阻率随温度变化的关系式,并依据超导缆绞缆结构对二者进行折算和对比,确认了超导缆电阻率测量结果的可靠性。根据测得的电阻率-温度关系,可以得到在不同温度下超导缆产生焦耳热的能力,从而为超导线圈绝缘固化温度控制提供了重要的参考依据。     

过电流状态下超导直流电缆温度分布与电流分布

针对处于过电流状态的单液氮流道超导直流电缆和双液氮流道超导直流电缆,在MATLAB中建立超导电缆在过电流状态下的YBCO层、金属层和铜骨架的并联电阻模型。同时在COMSOL中建立固体传热模型,通过程序调用实现COMSOL和MATLAB的联合仿真,计算出电流分布和温度分布。在COMSOL中建立流固共轭传热模型,利用联合仿真的数据计算两种结构的电缆在不同电流下的温度分布,并分析铜骨架半径和液氮流速对电缆温度分布的影响。     

±100 kV/1 kA能源管道双极直流高温超导电缆导体设计

本文提出了一种新的超导电缆导体设计方法,利用Bi系超导带材的机械及电磁特性,结合超导电缆的短路特点、磁场分布和电压,给出了骨架、导体层和主绝缘部分的设计数据,并使用液化天然气作为超导电缆的冷却介质,完成了能源管道±100 kV/1 kA双极直流高温超导电缆导体设计,结果满足要求。     

超导直流限流断路器研究

针对柔性直流电网的短路故障电流上升速度快、幅值大的特点,基于超导材料的特性,提出一种基于电阻型超导限流单元产生过零点的直流限流断路器拓扑。在理论分析的基础上,结合超导带材在直流冲击试验下的电阻变化情况,建立了电阻型超导限流单元的等效模型。在分析超导直流限流断路器工作原理的基础上,基于MATLAB/Simulink建立了系统仿真模型,对该拓扑进行验证。仿真结果表明,该超导限流断路器对直流系统稳态运行无影响,系统发生短路故障后,能够迅速限制和分断短路电流,提高了柔性直流电网运行的可靠性。     

MgB_2/B/MgB_2约瑟夫森结的制备与直流特性

本文采用MgB_2薄膜的混合物理化学气相沉积制备技术和金属掩膜版工艺,以B膜为势垒层在单晶Al_2O_3(0001)基底上制作了纵向三明治结构的MgB_2/B/MgB_2约瑟夫森结.应用标准四引线法对该超导结的R-T曲线和不同温度下的直流I-V曲线进行了测量研究.实验结果表明,制作的MgB_2/B/MgB_2约瑟夫森结超导开启温度为31.3 K,4.2 K时临界电流密度为0.52 A/cm~2,通过对直流特性I-V曲线的微分拟合,清晰地观测到MgB_2的3D带的能隙?π为2.13 meV.     

超导纳米线多光子响应特性研究

研究了超导单光子探测器器件超导纳米线的多光子响应特性.在温度3.5 K实验测量了纳米线器件直流特性和比子响应概率对多光子脉冲信号的响应特性.实验表明,器件超导转变电流随光辐照强度的增加而减小;在多光子脉冲信号下,器件响应的光子数随偏置电流减小而增加.同时基于量子光学和器件Hotspot理论半定量分析了该多光子响应的机制.     

基于小型低温制冷机的高温超导材料超导转变温度测量装置

高温超导材料的超导转变温度是判断超导材料性能优劣的一个重要指标,而超导材料转变温度的测量一般采用输运方法进行电阻随温度变化来确定.本文介绍一种新近研制的基于低温制冷机的高温超导材料超导转变温度测量装置,能有效的将样品温度从室温连续均匀的降至35K,通过Lab VIEW编写的数据采集系统人机界面,采用电流换向技术消除热电势,可以准确测量出超导材料的超导转变温度.经实验验证,该测量装置测量精确和重复性良好,可作为有效判定高温超导材料性能优劣的一种手段.     

温度对聚酰亚胺直流击穿特性与闪络特性影响的研究

随着超导技术的迅速发展,高温超导电力设备的工作温度已经可以控制在液氮温度附近,绝缘材料的电气特性是影响电力设备工作性能和运行可靠性的重要因素。聚酰亚胺由于其优异的电气性能和力学性能,广泛应用于常温下电力设备绝缘,而其作为低温绝缘材料应用的研究目前鲜有报道。因此,在液氮温度下聚酰亚胺的绝缘性能研究具有十分重要的意义。文中选取室温附近(300K)和液氮温度(78K)两个温度点,对聚酰亚胺的直流击穿性能和沿面闪络特性进行了测试。研究结果表明温度对聚酰亚胺绝缘材料的直流击穿场强和沿面闪络强度均有一定影响。     

块体金属玻璃Zr46.75Ti8.25Cu7.5Ni10Be27.5的超导与负电阻温度系数

测量了块体金属玻璃Zr_46.75Ti_8.25Cu_7.5Ni₁₀Be_27.5在退火前后其电阻值随温度的变化,测量的温度范围为1.5—300K.样品在退火前后都发现有超导现象.零磁场下其超导转变温度T_c分别为1.84和3.76K.在5—300K温度范围内,原始样品具有负的电阻温度系数.如果取Zr, Ti, Cu, Ni及Be分别贡献出1.5, 1.5, 0.5, 0.5及两个传导 关键词： 块体金属玻璃 超导 电阻温度系数     

壁面分布次级声源对管道中高阶模式声波的有源控制

针对管道中高阶模式声波的有源控制问题,探究了管道壁面布放次级声源的控制机制。首先根据管道声场模式理论和有源控制准则,推导了无限长管道内次级声源激励声场实现控制的必要条件,然后论证了次级声源沿管道壁面分布的可控性,并提出将空间分布离散化后的控制策略;最后通过数值仿真验证了沿壁面分布的有效性。结果表明,当次级声源在管道壁面的周向分布满足空间采样定律且沿轴向分布具有足够长度时,可以取得显著的有源控制效果.     

多晶MgC1-xNi3的微结构弛豫谱研究

我们测量了千赫兹范围内超导及非超导MgC1-xNi3样品从液氮温度至室温的微结构弛豫谱.对于超导样品,发现了两个内耗峰:P1(300K)和P2(125K).而对于非超导样品,P1峰位移到了250K,而P2峰几乎被完全抑制.变频实验发现随着测量频率升高,P2峰移向高温,计算所得激活能为0.13eV.我们认为P2峰可能与C原子在偏心位置的跳跃有关.进一步我们可以猜测C原子的这种行为与许多实验中观察到的超导样品在150K和50K正常态度越行为相对应.     

高温超导体Bi_(1.6)Pb_(0.4)Ca_2Sr_2Cu_3O_y中的表面超导相

在 Bi_(1.6)Pb_(0.4)Ca_2Sr_2Cu_3O_y 样品中存在着110K 和85K 两个超导相,样品的零电阻温度为105K.磁化率、比热以及不同温度下的 M-H 曲线测量结果均表明85K 相为表面超导相,在样品中占有较小的体积分数.文中还报道了样品的H_(c1)(0).     

CERNOX CX-SD低温温度计使用方法

随着超导技术的飞速发展,超导装置运行过程中极低温测量技术成为一个重要的研究课题.国际上发展了许多特殊的温度测量方法,以精确测量绝对零度附近mK甚至μK量级的温度,同时对于需要具有较大温度变化范围的温度测量,例如从室温到绝对零度附近的温度测量也开发出了性能优越的温度计.在超导托卡马克核聚变实验装置的设计运行过程中,美国L...     

基于H方程的超导磁悬浮系统悬浮特性分析

高精度的重力测量在地震监测、资源勘探、惯性导航等领域均有着十分重要的意义,将超导磁悬浮系统应用于重力测量可以极大提高重力测量的精度,减少漂移率。当前对超导重力仪内磁悬浮系统的仿真主要采用A方程静磁场法,仿真得到的数据与实验结果相差较大,为了提高仿真精度和效率,采用H方程在COMSOL中建立了新的仿真模型,仿真得到的数据与实验结果偏差较小,验证了该方法可以提高超导磁悬浮系统的仿真精度和效率。仿真得到了超导重力仪内磁悬浮系统的磁场分布,屏蔽电流分布,受力,穿透深度等特征,分析了超导球在磁场中受到的悬浮力与悬浮高度、悬浮线圈电流大小、通入速率的关系,计算得到了超导磁悬浮系统的磁力梯度。