低温装置的最佳电流引线

本文提出了一种计算低温装置绝热电流引线最小热流和最佳尺寸的方法,并计算了十六种电流引线的最小热流和最佳尺寸。结果表明,铝、铁和镍等纯金属材料作电流引线较好,但是引线最佳尺寸的选择比材料的选择更为重要。     

气冷电流引线的电子计算机模拟

本文介绍利用电子计算机对气冷电流引线进行模拟计算的结果,其中包括每一根电流引线每一安培所需要的最低液氦致冷功率或液氦蒸发量;气冷电流引线的几何尺寸、电流和材料的剩余电阻率之间的最佳关系;气冷电流引线的温度分布等等.可以方便地利用本文所介绍的计算结果来设计气冷电流引线.     

大孔径真空压力浸蜡超导磁体稳定化及保护

研制了一种中心场3T的大孔径真空压力浸蜡超导磁体.NbTi超导线圈内径0.928 m,外径1.02 m,长0.355 m.超导线圈采用液氦浸泡冷却,低温系统采用两台G-M制冷机提供冷量,实现运行过程中液氦零蒸发.超导线圈采用二元电流引线与电源连接,二元电流引线由高温段的铜引线和低温段的高温超导引线通过换热器连接而成.线...     

超导磁体气冷电流引线优化设计

提出了一种较为准确的计算超导磁体气冷电流引线最优长横比与电流引线末端流向低温容器热量的方法。根据电流引线的热平衡方程,利用程序设计,采用反复迭代、逐步逼近的方法,并以无氧铜材料为例,计算了10kA电流引线的长横比与流入低温容器的最小漏热。     

铜电流引线组的二元化改造

传统的铜电流引线因为在低温区的漏热过大,需要改造成漏热量低的高温超导电流引线。本设计主要针对一对200A和两对80A铜电流引线。通过计算得出了高温超导电流引线的最佳长横比,以及结构在不同低温区的收缩率,并用对电流引线组改造前后做了漏热的分析对比。结果表明,改造后的电流引线组4.5K温区的漏热量降低到未改造前的3.18%,大大降低了系统液氦温区热负荷,降低了运行成本。     

6kA气冷二元电流引线优化

为了开展高温超导导体实验研究,中国科学院等离子体物理研究所正在建设背场达6 T,最大测试电流为30 kA的超导导体测试装置。在进行高温超导导体测试时,要为背场磁体提供约6 kA的电流。为了减少电流引线的漏热,设计了自洽气冷二元电流引线,主要由铜换热器段及高温超导段组成。并以电流引线低温端漏热最小及低温端漏热使得的液氦蒸发量等于冷却电流引线所需的氦气量为依据,采用自编c程序对电流引线的尺寸进行优化。同时从简化结构、增加对流换热系数的角度出发,设计出换热效率高、满足换热需求的铜换热器。     

气冷变截面电流引线优化设计与实验研究

电流引线是连接超导低温装置室温电源与超导单元的桥梁,其漏热直接关系到低温系统的运行稳定与运行成本.本文对传统的气冷电流引线分段计算方法做了一定的改进,提出了气冷变截面电流引线优化设计方法.应用此方法为一个YBCO高温超导带材临界电流特性测试装置设计了变截面电流引线.通过对电流引线的温度场分布进行实验测量,并与设计值进行比较,结果吻合较好,证明了气冷变截面电流引线设计方法的有效性和实际优化效果.本文的设计方法及相关实验研究为变截面电流引线在超导低温装置中的实际应用提供了一定的参考.     

气冷变截面电流引线优化计算方法

超导低温装置中的电流引线连接室温中的电源与超导单元,其漏热直接关系到低温系统的运行稳定与运行成本.本文对传统的气冷电流引线分段计算方法做了一定的改进,形成了气冷变截面电流引线优化设计方法.使用此方法为一个YBCO HTS带材临界电流测试装置设计了变截面电流引线.本文的设计方法为变截面电流引线的实际应用提供了一定的参考.     

松弛迭代法在电流引线设计中的应用

对于大多数超导电力装置来说,用于制冷的费用决定着整个系统的长期运行成本,电流引线漏热是低温系统的主要热负荷来源,是造成整个超导装置中静态冷量损失的主要原因。引线温度分布决定了漏热的大小,实际工程应用中常需要在给定尺寸下求解电流引线的温度分布及低温端漏热,文中介绍的松弛迭代法可迅速求解出电流引线沿线的温度分布,并推导出引线低温端漏热,由于松弛法可以通过多次迭代实现误差控制,因此,求解精确度能得到有效保证,为不同工况下电流引线优化设计提供了一种快速有效的计算方法。     

电流引线迫流冷却传热分析

如何降低电流引线向低温环境的漏热,是超导电力技术领域的一项重要课题.文中概述了电流引线研究进展,建立了电流引线迫流冷却传热模型,并分析了氮气迫流冷却作用,推导了电流引线温度分布和最优长度-横截面积比(ORLA)函数式.自然蒸发迫流冷却对最优长度-横截面积比(ORLA)影响较小.     

百安级变截面珀尔帖电流引线漏热分析

横跨低温到室温温区的电流引线是连接电源和超导装置的部件,是超导装置的主要漏热源之一.因此减小由于电流引线导致超导低温系统的漏热对低温系统的稳定运行和运行效率至关重要.在传统铜电流引线的室温端插入热电材料碲化铋(Bi_2Te_3)形成的珀尔帖电流引线(Peltier current lead,以下简称PCL)可以有效地减小由于电流引线造成的漏热.珀尔帖电流引线将漏热从纯铜引线的42.4W/kA降低到30.470W/kA.在本文中采用有限元法对PCL进行优化,得到PCL的最优几何参数.改变PCL中铜引线和热电材料碲化铋的横截面面积,并计算改变横截面面积时PCL的漏热.仿真结果显示改变PCL中铜引线的横截面面积时对电流引线的漏热影响不大,而在改变PCL中热电材料的横截面,可以将PCL的漏热从30.470 W/kA降低到27.36 W/kA.     

珀尔帖电流引线界面漏热特性分析

对应用在超导直流装置中的珀尔帖电流引线在有限元仿真软件COMSOL中建模,以最小漏热为目标对珀尔帖电流引线进行了优化设计。在确定了珀尔帖电流引线最优几何参数后,对珀尔帖电流引线在不同电流值时轴向的温度分布、漏热值、热电元件低温端温度值以及两端的温度差、热电元件两端的电势差等进行了定性分析。在最优模型的基础上,建立了考虑焊接材料时的仿真模型,分别分析了热电元件碲化铋和铜块之间焊接材料(焊锡、铟和银)对珀尔帖电流引线漏热和热电元件碲化铋低温端温度值的影响。由仿真结果分析可以得到,在热电元件碲化铋和铜块之间焊接材料(焊锡、铟和银)使珀尔帖电流引线的漏热增加了,但增量是比较小的。     

超导装置电流引线的研究进展

电流引线是连接室温端电源和低温端超导装置的重要部件,也是超导装置热损耗的主要热源之一。选择合适的电流引线形式,并进行引线结构优化设计,可以提高超导装置的可靠性和经济性。概述了电流引线的优化设计目标和分类形式,介绍了全金属电流引线、高温超导电流引线和珀尔帖电流引线的研究进展,分析比较了三类电流引线的工作特点和适用场景,可为超导装置的电流引线选型和优化设计提供参考。     

一种电流引线的热力学计算方法

从超导磁体气冷电流引线的热平衡方程出发,对电流引线进行分段,提出了一种较为精确计算电流引线长横比及由电流引线末端流入低温容器热量的计算方法;电流引线中氦气流阻是设计电流引线时一个很重要的参数,由于电流引线片形状很复杂,计算其中氦气流阻比较好的方法是采用CFD软件Fluent。氦气模型单元数很庞大,因此对氦气模型进行了简化和分段,相邻两段模型间采用流量和压力边界条件进行耦合。     

气冷电流引线气流不均衡分配条件下运行参数研究

气冷电流引线被广泛的应用于许多大型超导磁体及其它一些超导装置中.由于引线实际制作过程中的差异或者超导装置本身的一些问题,正负两个引线之间或者同一引线的不同流道之间都存在着冷却气流分配上的不均衡.超导装置中除电流引线外的其他低温热源也可能使流经引线的冷却气流处于非正常状态.所有这些都会使电流引线的实际工作状况偏离最优化设计.本文用数值模拟的方法对非最优化冷却气流条件下的电流引线运行状况进行了研究,分析了冷却气流偏离最优化程度与引线实际运行参数之间的影响关系.     

高温超导电流引线研究进展概述

超导装置中需要电流引线实现室温端外部电源与处于低温环境的超导磁体相连，采用高温超导电流引线可以有效降低端漏热，降低运行成本.在满足设计电流的基础上，尽可能降低电流引线的总漏热，提升其失冷时间与烧毁时间，是高温超导电流引线的优化目标.本文概述了高温超导电流引线的传热分析、结构设计、安全性评价以及国内外具体应用案例.     

零蒸发率超导磁体系统氦液化冷凝器的设计

零蒸发超导磁体系统利用制冷机作为冷源,常温氦气经预冷后直接液化为液氦。同时零蒸发超导磁体系统将冷却系统蒸发的饱和氦气或低温氦气冷凝再液化。整个试验过程无需加注液氦和补充液氦,实现液氦零损耗。其中氦气液化冷凝器是低温磁体杜瓦部分的核心部件,它的设计成败将直接影响系统能否实现液氦的零蒸发与零消耗。     

EAST 装置新超导馈线系统冷却回路设计

EAST 装置电流馈线系统由13 对NbTi 材料CICC 超导母线组成,连接超导磁体系统和高温超导电流引线,为磁体系统的运行提供馈电通道和失超状态下能量的释放通道。馈线系统中超导母线由液氦制冷机通过低温分配阀箱提供的4.5K 超临界氦冷却,冷却通道进口压力为0.45MPa,出口压力不小于0.25MPa。通过对超导母线和接头内流道中的迫流氦的压降计算确定了冷却流程方案为1 对TF 超导母线单独串联组成1 个冷却通道, 12 对PF 超导母线分为6 个冷却通道,每个通道由2 对PF 超导母线串联组成。     

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EAST 装置电流馈线系统由13 对NbTi 材料CICC 超导母线组成,连接超导磁体系统和高温超导电流引线,为磁体系统的运行提供馈电通道和失超状态下能量的释放通道。馈线系统中超导母线由液氦制冷机通过低温分配阀箱提供的4.5K 超临界氦冷却,冷却通道进口压力为0.45MPa,出口压力不小于0.25MPa。通过对超导母线和接头内流道中的迫流氦的压降计算确定了冷却流程方案为1 对TF 超导母线单独串联组成1 个冷却通道, 12 对PF 超导母线分为6 个冷却通道,每个通道由2 对PF 超导母线串联组成。     

EAST超导托克马克磁体的大型供电供冷外馈线

EAST全超导托克马克聚变实验装置由16个D形环向场线圈和12个圆形极向场线圈组成,大半径1.7m,当环形场线圈励磁14.3kA时,中心场3.5T;±14.5kA极向场线圈可提供10Vs磁通量变化.连接这些超导磁体与13台独立电源和一台制冷机之间的低温和超导部件组成大型供电供冷馈线,在EAST装置外部的外馈线包括:两组超导母线;13对电流引线及其杜瓦;一个大的低温分配恒温器,内装有40多个低温控制阀,4.4K液氦槽,3.8K过冷槽,78K液氮槽和4台超临界氦循环泵;五条低温传输线.本文介绍外馈线的设计、安装和运行情况.