YBCO线圈在液氮中的失超特性研究

由于高温超导材料的临界温度较高,可以运行在一个较宽的温度范围内,因此高温超导磁体被看作是稳定性较好的磁体,它在超导电力、超导磁体方面的应用占着日益重要的地位.YBCO带材作为第二代高温超导体的代表,近年来其生产工艺水平也得到了迅速发展和提高.磁体失超是影响超导磁体运行稳定性的重要问题之一.本文研究了YBCO单饼线圈在液氮环境中因由热扰动诱发的失超特性,设计了一套高温超导线圈在液氮浸泡下的失超测量系统,通过软件LABVIEW和数据采集卡对线圈的温度和电压进行采集和记录,测量YBCO单饼线圈在不同运行条件下的失超特性.     

临界电流磁矢量分析法在YBCO线圈上的验证

高温超导磁体临界电流磁矢量分析法准确地预测了BSCCO高温超导磁体的临界电流,为了进一步验证该方法预测YBCO高温超导磁体临界电流的准确性,文中作者用9.3m二代高温超导YBCO带材绕制了一个内径为70mm,外径为100mm,共35匝的单饼,测试了单饼5-15匝,15-25匝,25-35匝和5-35匝在77K下的临界电流,并用磁矢量分析法进行了仿真分析。通过对比发现,仿真分析和实验结果的误差在5%左右,最大误差是6.75%,最小误差是4.77%,验证了磁矢量分析法在预测YBCO高温超导磁体临界电流时的准确性。     

高温超导YBCO线圈交流损耗实验研究与分析

交流损耗是高温超导YBCO线圈设计的一个重要参数,直接关系到高温超导装置的运行成本和稳定性。文中利用热测法实现对高温超导YBCO线圈交流损耗的准确测量,并给出了高温超导YBCO线圈的理论数值计算模型,通过理论计算值与实验结果的比较分析,两者结果基本相符。研究结果为开展1MJ高温超导储能-限流磁体的研制具有十分重要的指导意义。     

YBCO超导线圈失超保护的研究

近来膜超导体YBCO的长尺寸化取得了较大的进展，有望在不久的将来用这种下一代的高温超导体制成超导线圈。与用低温超导体材料绕制的线圈相比，高温超导线圈可以在较高的温度下运行且较难发生失超现象。即使这样，对高温超导体失超的研究和测量也是非常有必要的。特别是膜超导体由YBCO薄膜和Ni基金属基带(比如Hastelloy合金)组成，当导体失超时有较高的电阻率。     

YBCO线圈交流损耗的有限元分析与实验验证

随着高温超导YBCO带材载流能力的不断提高和成本的逐渐降低,YBCO线圈及磁体的应用将日益广泛。文中利用有限元方法研究了YBCO线圈的交流损耗特性,计算了50Hz下线圈的瞬时交流损耗,分析了每匝带材中的电流和磁场分布。仿真结果表明,线圈内侧承受的磁场最大,但线圈中部每周期的交流损耗最大,且线圈中始终存在未被磁场穿透的区域。除此之外,文中实验测量了YBCO线圈的临界电流和交流损耗,实验结果良好地验证了仿真方法的正确性。     

高温超导带材YBCO涂层导体的失超传播特性研究

在液氮(77K)环境下对YBCO涂层导体的交、直流失超传播特性进行了研究。测量了交、直流情况下的失超传播速度以及最小失超能量;分析了超导带材的失超传播速度与传输电流的关系;推导了一维模型下的失超传播速度计算公式。结果表明,当带材的传输电流交流(有效值)与直流相同时,交、直流失超传播速度基本一致,交流的最小失超能略小,且随着传输电流的增大最小失超能间的差距加大。     

一种YBCO带材及其单饼线圈的失超传播特性分析

对一种YBCO涂层的高温超导带材及其单饼线圈进行了失超传播特性的实验测试与分析。实验测试在77K温度的液氮环境下进行,给带材通入恒定直流电流,使用加热丝给带材上一点提供脉冲热扰动,主要测量了超导带材及单饼线圈失超传播过程中的最小失超能和失超传播速度。实验结果表明YBCO超导带材及其线圈的失超传播速度随电流升高而增大,最小失超能随电流升高而减小,线圈中径向传播速度要远小于纵向传播速度。     

YBCO在热冲击条件下的失超特性研究

在实际的超导电力装置运行过程中,超导带材可能由于电力系统中诸如系统短路故障等各种动态过程,承受短路大电流、不平衡电流的冲击,以及由此而产生的电磁、机械应力、热量的作用而失超,因此,研究热冲击对超导材料性能的影响对超导电力装置失超保护非常重要.本文以第二代高温超导(YBCO)带材为样品,模拟实际超导电力装置中带材的绝热环境,通过外加电源对超导带材进行热冲击,研究YBCO带材在不同情况的热冲击条件下的失超过程以及带材温度和超导性能的变化.试验结果表明:对于美国Superpower公司生产的YBCO工程带材,瞬时温度超导300K后,带材的临界电流下降,瞬时温度超过500K,带材可能出现烧断现象.     

第二代YBCO超导带材低温热解炉的研制

文中介绍了一种适用于YBCO带材在工艺气氛下的低温热解专用设备。详细阐述了炉体、炉膛、电控、气控的分段模块化设计并集成于一个标准段,多段集成后拼接成可扩展式低温热解炉。设备专业设计了三层式马弗进气结构,保证产品表面气流均匀;创新采用模组式歧管分流汇集的方式,解决了多路多功能气路的优化布置。     

高温超导YBCO线圈交流损耗的频率特性

YBCO线圈的交流损耗直接关系到YBCO设备的运行成本及稳定性。实现对YBCO线圈交流损耗的快速、准确测量,对于开展YBCO涂层导体的应用研究具有重要的意义。文中采用电测量法,在77K、零场和不同频率条件下,对YBCO线圈通以不同运行电流时产生的交流传输损耗进行测量。构建了YBCO线圈交流损耗的数值计算模型,对YBCO线圈交流损耗进行理论研究,最后将实验数据与理论计算结果进行比较,两者结果基本一致。可以发现,YBCO线圈在频率低于75Hz时,交流传输损耗随频率的增大而减小,当频率从75Hz增加到195Hz时,交流传输损耗随频率的增大而增加。     

Anomalies of the photo-response and thermal boundary resistance of a YBaCuO/YSZ structure

The photoresponse of a YBaCuO/ZrO₂ bolometric structure was measured under modulated (λ = 630 nm) and pulsed (τ ≈ 7 – 8 ns; λ = 337 nm) laser excitation. The shape of the measured photoresponse was interpreted by a thermal model; nevertheless, the pulse amplitude for vanishing YBaCuO film resistance was 5–6 times greater than predicted; the thermal boundary resistance R_Bd between YBaCuO and YSZ was evaluated ? 10^?2 K × cm²/Watt, which is considerably larger than estimated theoretically for the similar situation of YBaCuO/MgO [5].     

An apparatus for the measurement of thermal expansion of solids at low temperatures

A dilatometer, using the three terminal capacitance technique, suitable for measurement of linear thermal expansion of solids in the temperature range 1.3–300 K is described. The dialtometer is designed such that the mounting system for the specimen does not undergo any significant changes in dimensions when the specimen is heated. The apparatus, therefore, yields in principle absolute values of α, the coefficient of linear thermal expansion. The performance of the apparatus has been checked by measurements on copper in the temperature range of 77–300 K. Some preliminary results on the behaviour of α for Y₁Ba₂Cu₃O_6.9 compound in the vicinity of superconducting transition temperature,T _c are also described. The system can detect relative changes in length Δl/l ₀ of about 10⁻⁸. Attempts are being made to improve the sensitivity.     

环境友好型聚氨酯泡沫低温热物性测试装备的开发

为了保护臭氧层,用于生产聚氨酯泡沫的CFC-11发泡剂已经被淘汰,新开发的环境友好型聚氨酯泡沫用于低温设计时缺乏热物理性质数据的支持。文中介绍了开发的三套实验测试系统,以对热导率、线性膨胀系数和比热容这三大热物性在从室温到低温一个宽广的制冷及低温温度区间内进行测试。测试系统采用多项措施保证低温测试所需要的真空环境及漏热问题,保证了测试的顺利进行,以期提供制冷工程设计急需的低温热物性数据,并对泡沫的生产工艺进行优化。     

固体材料低温热导率的测量

本实验以4.2K二级G-M制冷机为冷源,采用稳态轴向热流法测量了304不锈钢与环氧玻璃钢在低温下的热导率,讨论了样品上初始温差的成因及其影响,给出了热导率真实值所在的区间,并对测量误差以及各种漏热带来的影响进行了分析。     

锶掺杂钡位对YBCO晶体结构和超导电性的影响

利用XRD对系列样品YBa2-xSrxCu3O7-δ的(x=0~0.2)晶体结构进行研究,给出了体系相结构的掺杂效应,结果发现,随着掺杂量的增加,样品的晶体结构由正交相向四方相转变.同时采用四引线法对掺杂样品YBa2-xSrxCu3O7-δ的超导电性能进行了系统测量,发现随着锶掺杂量的增加,样品的超导转变温度总体呈明显降低趋势,并初步分析了钡位锶掺杂所引起的晶体结构变化对超导电性的影响.     

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。     

Electrical and thermal conductivity of soft solder at low temperatures

The electrical resistivity of soft solder (Pb_0.28Sn_0.72) has been measured in the temperature range 4.2 K to 300 K. The ‘alloy’ becomes electrically superconducting at a temperature of 6.9 K. Above this, in the entire temperature range, the resistivity could be described, apart from the residual resistivity, by the weighted average of the resistivities of the individual constituents which are derived from the Bloch-Grüneisen relation. The results are in accordance with the phase diagram, which shows a co-existence of two phases in almost the entire range of concentration of the Pb-Sn binary system. It has been shown that the thermal conductivity data on soft solder as well as on Pb_0.7Sn_0.3, both taken from literature, could be interpreted on the same basis, below and above the ‘superconducting transition temperature’. Recent results on other Pb-Sn systems are discussed in the light of this interpretation.     

Numerical modeling of lithium ion battery for predicting thermal behavior in a cylindrical cell

The thermal behavior of lithium ion battery during charge and discharge is investigated by a numerical simulation. The commercially available cylindrical 18650 battery is modeled in this study. Two different models are used. The porous electrode model is simulated to obtain the Li content inside the particles. The transient thermo-electric model is used to predict the temperature distribution inside the cell. The results suggest that the increase in temperature during discharge is higher than that during charge. The temperature difference between charge and discharge is decreased with increasing C-rates. At a rate of 1C, the discharge temperature increases with a waving region at the beginning, whereas the charge temperature increases until certain point and then decreases. The thermal behavior is closely related to the change in entropy and applied current.