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.     

磁振子宏观效应以及热扰动场对反磁化的影响

热扰动导致的磁反转是越过能量势垒的不可逆反转,称为热助隧穿.本文研究Pr-Fe-B磁体热扰动导致的磁反转弛豫现象,反转磁矩与时间自然对数关系可表示为与能垒之间的关系,因此反磁化弛豫现象可用磁振子按能量的玻色统计分布率来解释,是磁振子宏观效应的体现.反磁化不可逆过程的临界尺寸为纳米级,与理论磁畴壁尺寸接近,证实热扰动反磁化经过磁畴壁形核去钉扎过程.在实空间反磁化耦合体积增大能减小磁振子隧穿的反磁化概率,热扰动场减小;热扰动后效场测量值与热扰动场计算值基本是一致的.温度升高,热扰动能量增大,由于耦合作用热扰动后效场有所减小,但热扰动后效场相对于矫顽力的作用增大.     

Nd-Fe-B永磁材料低磁时效机理研究

研究烧结Nd-Fe-B磁体的低磁时效问题.实验显示样品在室温293和353K经920d磁时效后，磁通量的衰减率分别为1.4%和13%，经老化处理后，磁通量的衰减率分别为6‰和6.9%，说明未做老化处理的磁体时间稳定性较差. 假设微观杂质运动临界能E₁、极微小杂质运动临界能E₂和移动原子对键取向转动临界能E₃对时间稳定性的影响最为显著，依据半经典的Boltzmann统计分布，导出的烧结Nd-Fe-B磁体的低磁时效所满足的规律.理论结果与实验相符. 关键词： 烧结Nd-Fe-B 低磁时效 临界能 时间稳定性     

一种新的超导储能磁体结构优化方法北大核心CSCD

高温超导线材的各向异性一直影响其在工程中的使用性能,临界电流主要受磁体最大垂直磁场(垂直于带材表面)决定,最大应力通常出现在最大轴向磁场(平行于带材表面)处.文章针对单螺线管超导储能磁体,从增大临界电流和减小机械应力两方面出发,提出一种新的超导储能磁体结构优化方法.利用MATLAB从不同径高比(平均半径/高)着手,计算带材总长度为2000m的多组磁体结构参数,建立了单螺线管超导磁体的有限元模型,结合COMSOL仿真软件获得多组结构参数的应力、磁场分布以及磁场最大值,将承受最大应力区域的磁体转移至磁体两端中部区域.对参与转移的磁体参数进行计算,分析对比不同转移参数对磁体应力和临界电流的影响.仿真结果表明,对比常规磁体,优化后的磁体能有效减小最大垂直磁场从而增大临界电流,减小最大轴向磁场从而减小最大应力,对超导储能磁体的优化具有重要意义.     

梯形高温超导磁体电磁特性仿真与实验研究

超导电动悬浮列车以超导磁体作为核心部件, 具有环境影响小、 高速下自稳定、 安全性能好等优点, 已成为高速轨道交通的重要发展方向之一. 然而, 传统的磁体线圈结构存在绕组内磁场过于集中的问题, 导致磁体的临界电流下降显著, 列车的悬浮及安全性能也受到影响. 针对现有悬浮磁体结构自场集中导致的临界电流衰减问题,本文提出了一种梯形高温超导磁体线圈结构. 建立了一种可以提升磁体临界电流计算效率的均质自洽模型, 设计了梯形结构线圈的结构参数并完成了磁体线圈的绕制. 实验和计算结果表明, 自洽模型计算的磁体临界电流与实验测量值吻合良好, 验证了模型的准确性. 利用该模型对日本山梨试验线上的全尺寸车载高温超导磁体进行了结构优化设计. 研究发现, 优化后的车载磁体绕组内磁场集中程度明显下降, 车载磁体的临界电流及目标区域的磁场强度显著提高. 本研究相关成果可为电动悬浮列车车载磁体的结构设计提供参考.     

一种新的超导储能磁体结构优化方法

高温超导线材的各向异性一直影响其在工程中的使用性能,临界电流主要受磁体最大垂直磁场(垂直于带材表面)决定,最大应力通常出现在最大轴向磁场(平行于带材表面)处.文章针对单螺线管超导储能磁体,从增大临界电流和减小机械应力两方面出发,提出一种新的超导储能磁体结构优化方法.利用MATLAB从不同径高比(平均半径/高)着手,计算带材总长度为2000m的多组磁体结构参数,建立了单螺线管超导磁体的有限元模型,结合COMSOL仿真软件获得多组结构参数的应力、磁场分布以及磁场最大值,将承受最大应力区域的磁体转移至磁体两端中部区域.对参与转移的磁体参数进行计算,分析对比不同转移参数对磁体应力和临界电流的影响.仿真结果表明,对比常规磁体,优化后的磁体能有效减小最大垂直磁场从而增大临界电流,减小最大轴向磁场从而减小最大应力,对超导储能磁体的优化具有重要意义.     

高温超导磁体临界电流影响因素的研究

临界电流值是描述Bi2223高温超导带材性能的一个基本参数,在一定的温度条件下,Bi2223高温超导带材的临界电流是带材所在位置磁场大小和磁场方向的函数,其短样的临界电流值可以通过四引线法测量,单根超导带材的自场很小,磁场对临界电流的影响可以忽略.高温超导磁体的临界电流被定义成引发该磁体失超的最小电流,高温超导磁体的自场比单根超导带材的自场要大得多,磁体各个位置的磁场大小和方向各不相同,很难用理论的方法准确计算磁体的临界电流.对于高温超导磁体而言,除了磁场的影响因素以外,绕制磁体所用的超导带材自身的均匀性也是影响其临界电流的一个重要因素.本文对这两个因素进行探讨,并着重讨论高温超导带材自身的均匀性对临界电流大小的影响,本文的结论可以为高温超导磁体的设计、磁体绕制时带材的选择、磁体运行时安全工作电流的确定提供帮助.     

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．     

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%。     

焊接高温超导叠型电缆电流分布的研究

第二代高温超导带材具有较好的电磁特性和机械性能,在未来高场螺线管磁体和高场加速器磁体等领域具有极大的发展潜力.通过测量焊接高温超导叠型电缆在液氮温度自场下,临界电流测量值与电压抽头位置的关系,以研究电缆内部电流分布.实验结果表明,当电流逐渐增大时,电缆内部沿堆叠方向不同位置,电压数值不同,说明电缆内部电流非均匀分布,靠...     

超导螺线管磁体实验研究

实验研究了超导螺线管磁体内部损耗分布以及导线位移和短路对磁体临界电流的影响.实验结果表明 (1)磁体内部线圈的损耗比外部线圈小.内部和外部线圈损耗的总和等于整个磁体的损耗. (2)导线位移和短路分别引起磁体磁滞迥线形状两种畸变,而且这两种畸变是不一样的. (3)导线位移和短路都可以降低磁体的临界电流. (4)磁体内部有短路时,可能成倍或几十倍地增加磁体的损耗.     

基于阶梯电流法的双螺线管超导磁体的研究

超导磁体在统一电流下每个双饼线圈受到的径向磁场大小不同,而临界电流主要受最大径向磁场影响决定,使得磁体带材利用率低.本文将根据双饼线圈所受径向磁场的不同给其通入不同电流的阶梯电流方法应用于双螺线管超导磁体,建立了双螺线管超导磁体的有限元模型,提出了一种快速求解阶梯电流临界电流大小的迭代方法,计算了二阶梯双螺线管磁体临界电流大小,储能,互感与磁体间距大小的变化关系.仿真结果表明,采用阶梯电流法能够提高双螺线管的平均储能密度,提高带材的利用率,并且从机械应力方面验证了阶梯电流的可行性.相同磁体结构下,双螺线管磁体的储能密度与临界电流在间距的增大过程中存在最大值,变化趋势先增大再减小,最后趋于稳定.     

无绝缘高温超导跑道型磁体设计

环向场磁体是ITER托卡马克装置中的核心部分,采用无绝缘高温超导磁体技术能使其产生更高的稳态场。文中介绍了无绝缘高温超导磁体技术的原理和特点,并以跑道型磁体为着手点,使用不同的超导带材,利用有限元法设计无绝缘高温超导磁体,总结了线圈个数与布局对磁体临界电流和中心磁场的影响。该磁体在20K下可产生的稳态磁场约为3.59T。     

Bi2223/Ag带HTS双饼磁体实验

用国产Bi2223/Ag带(西北有色金属研究院提供)设计的中心场3.0T,贮能35kJ的传导冷却高温超导磁体正在建造中.磁体由绕组内径150mm,外径272mm的32个双饼磁体组成.磁体在温度T=20K下,设计临界电流Ic=132A,额定运行电流I=100A.在T=20K附近进行四双饼组合磁体实验,得到磁体Ic=140A,中心场Boc=1.14T,相应Bi2223/Ag带上最大轴向场Bzmax=1.91T, Bi2223/Ag带上最大垂直场Brmax=1.14T.四双饼组合磁体的实验结果预示:35kJ HTS贮能磁体的设计目标能够达到.     

单螺线管型高温超导磁体的设计与优化

高温超导带材的各向异性严重制约着超导磁体可运行临界电流的提高,从而影响着磁体的性能。因此,电磁优化设计在高温超导磁体设计中占据着至关重要的位置。主要采用有限元软件对磁体建模仿真,根据磁体磁场的分布,采用多种带材绕制磁体,进行设计优化。结果表明,在相同体积的有效带材基础上,优化之后的临界电流明显提高,储能量提升了约22%;同时,在计算磁体的可运行临界电流时,采用了多次仿真、迭代计算的方式求解磁体的可运行临界电流。这种方法在仿真阶段可直接求解出磁体的临界电流,计算较为方便,而且获取的是实时运行的临界电流,更符合实际情况。     

35kJ直接冷却高温超导储能磁体

介绍了直接冷却高温超导储能磁体的基本结构,分析了磁体的电磁特性,分析结果表明,磁体电磁设计中采用端部两对饼并联的方式,削弱了磁体端部磁场径向分量,提高临界电流,磁体表现了较好的电磁特性;仿真了磁体与电力系统进行功率交换时的热特性,仿真结果与实验结果两者温度变化总体趋势是一致的;介绍了磁体的冷却实验和磁体系统的动态模拟实验结果.实验结果表明磁体的冷却措施和低温系统的冷却方案是可行的,磁体具有较好的热稳定性.     

二维浅水波方程的数值激波不稳定性

研究二维浅水波方程的数值激波不稳定性问题.线性稳定性分析和数值实验表明,格式的临界稳定性与数值激波的不稳定现象有重要的联系.基于扰动量的增长矩阵分析,本文将高分辨率的数值格式和HLL格式进行特定的加权,设计一类新的混合型数值格式.其中可以调节非线性波速的HLLC与HLL的混合格式,数值试验展示了消除浅水波方程激波不稳定现象的有效性和鲁棒性.     

大型高温超导磁体稳定措施的研究

本通过估算高温超导磁体的抗干扰稳定能力及磁体中可能出现的干扰的大小，讨论了对于大型高温超导磁体采用动态稳定判据的可靠行性，从而提出了动态稳定化大型高温超导磁体的概念，结果表明，动态稳定化高温超导磁体的抗干扰稳定能力大于磁体可能出现的干扰的大小，且同全稳定的大型低温超导磁体的抗干扰的能力水平相当，在银超比较小的情况下就能使设计的允许最大临界电流密度大于超导体实际的临界电流密度，因此采用动态稳定阉据     

扰动对有机磁体器件自旋极化输运特性的影响

基于紧束缚模型和格林函数方法,研究了有机磁体晶格扰动和侧基自旋取向扰动对金属/有机磁体/金属三明治结构有机自旋器件自旋极化输运特性的影响.计算结果表明:晶格扰动的存在降低了器件的起始偏压,减小了导通电流,并使得电流-电压曲线的量子台阶效应不再显著,扰动不太强时电流仍呈现较高的自旋极化率;而侧基自旋取向扰动减小了体系的自旋劈裂,增加了器件的起始偏压,低偏压下随着扰动的增强器件电流及其自旋极化率明显降低.进一步模拟了温度对器件自旋极化输运的影响. 关键词： 有机自旋电子学 有机磁体 自旋极化输运 自旋过滤     

YBCO高温超导磁体临界电流密度快速确定方法

基于绘图法基本原理,以及YBCO高温超导带材的临界电流特性,采用有限元电磁场分析软件AnsoftMaxwell建立了空心圆柱磁体模型.根据磁场分布、并考虑到带材的临界电流密度随磁场大小和方向的变化关系,给出了影响磁体工作电流特性的磁场的分布.基于以上工作提出了一种利用Ansoft电磁场分析软件快速确定YB-CO高温超导带材临界电流密度的方法.