准各向同性高温超导股线的弯曲特性研究

主要研究了各向同性高温超导股线在77K、自场下的弯曲特性。首先阐述了各向同性高温超导股线的结构特点,分析了在弯曲状态下股线内部超导体不同区域的弯曲情况并建立了单根带材侧向弯曲的几何模型。在此基础上,对单根带材样品进行侧向弯曲实验,测量其在不同弯曲半径下的临界电流并分析其衰减情况,得到带材的临界弯曲半径。然后对各向同性高温超导股线样品进行弯曲特性实验,确定了超导股线的最小弯曲半径,该超导股线在电力传输及大型超导磁体方面具有潜在应用价值。     

准各向同性高电流密度导体弯曲特性研究

提出了一种准各向同性高工程电流密度高温超导导体的有限元模型,利用该有限元模型计算了导体在不同弯曲半径下的应变分布以及临界电流衰减程度,并对导体样品进行了弯曲实验.实验结果和仿真结果基本一致,基于该有限元模型进一步计算了导体的不同参数对弯曲半径的影响.该研究为准各向同性高工程电流密度高温超导导体在聚变磁体领域的应用提供了...     

基于ReBCO涂层导体各向同性超导股线自场下临界电流

本文提出一种基于第二代高温超导涂层导体(ReBCO CC)具有各向同性结构的高温超导股线.股线中的带材按照中心对称的方式进行排列,使用导热导电性能良好的金属材料对带材进行捆扎包覆,采用金属包套工艺提高股线的机械性能和电磁稳定性.为了研究各向同性高温超导股线(IHTSS),本文提出一种根据带材各向异性,通过有限元仿真,计算股线自场下临界电流的方法.制作了一根20cm长的IHTSS短样,在液氮温度下对其自场临界电流进行了测量,实验结果与计算结果基本一致,证明了计算的合理性.此外,实验和仿真表明,IHTSS在液氮温度下已具有较高的临界电流.     

具有不同扭距的堆叠扭绞型复合导体临界电流特性分析

根据高温超导堆叠扭绞型复合导体的结构参数,研究堆叠带材根数及扭绞节距对其临界电流特性的影响。首先阐述了堆叠扭绞型复合导体的结构特点,据此设计并制作实验样品。在77K、自场下,对采用不同根数超导带材复合而成的导体样品,分别测试其在多个扭绞节距下的临界电流。通过实验测试可得,随着扭转角度的增大,导体的临界电流不断衰减,且堆叠带材的数量越多,导体的临界节距越大。     

管内电缆导体稳定性理论与实验研究

管内电缆导体 ,又称 CICC,是目前大型低温超导磁体的首选导体。随着超导技术的发展 ,CICC在大型超导核聚变实验装置及超导储能磁体中的应用具有不可比拟的优越性。为降低导体成本而提出了在 CICC中采用的超导股线配以纯铜股线的设计方案 ,开展含纯铜股线 CICC稳定性机理及实验的研究 ,并开发 CICC优化设计软件 ,对 CICC在高科技中的应用意义重大。     

高温超导带材的弯曲通流特性研究

高温超导带材的弯曲通流特性决定了超导线圈的临界电流大小。文中针对典型的铋系和钇系高温超导带材,设计了一套测量其弯曲通流能力的装置,研究了77K、自场下高温超导带材在不同弯曲直径下的临界电流,以及双面弯曲再拉直情况下临界电流的恢复特性,并对实验结果进行了分析。     

窄堆线的堆叠方式对高温超导管内电缆导体临界电流的影响

为了提高超导缆线的结构性能,将利用2mm宽的超导带材形成窄堆线,并将其嵌入到开槽铝管中,制备成一种基于窄堆线的高温超导管内电缆导体。通过临界电流测量实验,研究了不同带材根数和不同扭绞节距对高温超导管内电缆导体临界电流的影响。结果表明,扭绞节距一定时,带材堆叠根数越多,临界电流折损率越大;当扭绞节距最小为100mm时,超导窄堆线依旧能保持良好超导特性,且临界电流未发生较大折损。     

高温超导焊接堆叠缆的弯曲特性研究

由多根REBCO带材堆叠焊接而成的高温超导电缆是高载流电缆结构之一,有望在未来应用于高场磁体和超导装置。为了研究堆叠缆的弯曲特性,首先进行了不同半径下单根带材的弯曲测试,通过经验公式拟合得到了应变-电流关系曲线。超导层受压缩应变的弯曲性能优于受拉伸应变,且当应变大于临界应变时拟合良好。然后实验测量了不同弯曲半径下面对面和背靠背两种堆叠方式电缆的临界电流。计算了堆叠缆各超导层受到的应变,利用拟合方程分析了电缆的弯曲载流性能。结果表明,面对面堆叠缆的初始临界电流比背靠背堆叠缆更小,其临界弯曲半径也更小。缆弯曲载流的测试结果和计算结果吻合较好,利用应变-电流关系计算堆叠缆弯曲载流具有一定参考意义。     

新型高温超导扭绞缆线的临界电流评估方法及其特性研究

高温超导缆线是研究各种大电流高温超导应用的基础.将超导材料通过不同方式组合成复合导体,不仅可以让缆线的载流量得到提升,更可以在机械强度和电磁特性等方面得到改善.在国内外众多研究缆线的团队中,上海交通大学超导团队提出了一种基于YBCO高温超导带材的新型高温超导扭绞缆线结构.这种结构在理论上不仅实现了载流量和机械强度的平衡,还通过扭绞改善了电磁特性[4-5].但是目前对于这种缆线的研究还处于起步阶段,特别是对其临界电流特性的研究.因此为了研究新型高温超导扭绞缆线的临界电流特性,本文从新型高温超导扭绞缆线的结构出发,通过仿真和实验两个角度对新型高温超导扭绞缆线的临界电流特性进行研究.在仿真方面,用H方程法计算缆线的临界电流,并探究扭绞节距是否会对临界电流的衰减产生影响.在实验方面,研究出了一种最适合于该缆线结构的临界电流评估方法“SVWE-copperwire-TU”.并用该方法测量了新型高温超导扭绞缆线的临界电流特性.本研究的结论对于后续制作更大电流的新型高温超导扭绞缆线具有重要意义.     

基于高温超导带材的三通道导体载流特性的仿真研究

本文基于三通道扭曲堆叠导体和准各向同性导体,提出了三通道准各向同性导体.在有限元仿真软件中使用自洽模型对两种导体进行建模,分析并对比了两种三通道导体的临界电流、临界电流各向异性、工程电流密度与导体半径之间的关系.仿真结果表明三通道准各向同性导体在背景场条件下具有使用价值,同时也为提高两种三通道导体工程电流密度提出了建议.     

HT-7UPF导体的设计及其稳定性分析

使用简单地功率和能量平衡关系,分析了CICC(Cable-in-Conduit-Conductor)型超导体的稳定性。为了导体的设计,推导出一些仅含有超导电缆几何因子和导体运行参数的表达式。最后给了一种HT-7U极向场PF(Poloidalfield)线圈导体的设计结果。     

准各向同性高温超导股线交流损耗的实验研究

高温超导体的交流损耗直接影响超导电力装置的运行成本和稳定性,是判断超导电力设备设计是否合理的重要特性之一.在阐述准各向同性高温超导股线结构特点的基础上,首先对准各向同性高温超导股线的交流损耗和磁滞损耗进行仿真研究,利用有限元软件Comsol Multiphysics分析了交流背景磁场下的损耗,然后在对光纤布拉格光栅(optical fiber Bragg grating,简称FBG)波长与损耗关系标定的基础上,使用光纤布拉格光栅测量交流背景磁场下的交流损耗.理论计算与实验结果相吻合,表明在工频和液氮温度下股线的交流损耗以磁滞损耗为主.     

压痕对低温和高温超导股线临界性能影响研究

低温超导股线Nb Ti和Nb3Sn用于核聚变装置用的CICC导体结构,由于绞缆的作用及导体生产过程中的挤压作用,将会导致Nb Ti和Nb3Sn超导股线的表面产生不同形式的压痕,过大的压痕将会影响股线的临界性能;高温超导股线Bi-2212和Mg B2是未来可用于核聚变装置中制成CICC导体潜在的高温超导材料,由于高温超导材料的脆性,在电缆制备及导体制造过程中也会导致股线的表面产生压痕影响股线的性能。文中主要开展对于低温超导股线Nb Ti,Nb3Sn及高温超导股线Bi-2212和Mg B2的临界性能随压痕深度的变化规律,从而为导体制造的改进及未来高温超导导体的制造提供理论依据。     

Bi-2212高温超导股线受压临界电流测试与分析

运用Ansys软件建立Bi-2212超导股线简化二维截面模型,采用有限元方法研究平面压缩对热处理后的Bi-2212超导股线在不同的压缩条件下的应力与应变分布。通过分析得出:平板压缩使Bi-2212超导股线中超导区域中间位置的应力应变比靠近外层位置的应力应变要大;并根据分析得出股线在径向受压形变量0.04mm,0.10mm,0.15mm条件下股线超导区域平均应变的大小。通过低温实验测试了Bi-2212超导股线短样样品在4.2K和不同平行磁场强度下的临界电流,并且分析了在室温受压缩0.04mm,0.10mm,0.15mm条件下股线临界电流性能的变化,根据测试结果得出当Bi-2212股线受压缩应变时,股线的临界电流具有明显的下降。     

单模光纤中弯曲损耗的测试与分析

对单模光纤中弯曲损耗随弯曲半径(1～8 mm)和波长(1530～1565 nm)变化的实验进行了测试,结果显示弯曲损耗随弯曲半径和波长呈现振荡.理论分析表明由于光纤纤芯中的基模和在包层以及涂覆层中传播的Whispering-gallery模式之间的耦合,引起了弯曲损耗的振荡,理论分析结果和实验结果基本一致.     

多层导体超导电缆的交流输电特性

在完成设计和制造我国第一组并网运行的超导电缆系统的工作中,我们对不同结构的超导电缆短样样品的交流载流特性进行了系统的研究,内容包括层电流均流特性、电缆失超特性、失超恢复特性、电缆载流能力和抗短路冲击能力等.结果表明,对多层螺旋导体结构的超导电缆,影响其输运电流在各导体层分布的主要因素是邻近效应.由于其零电阻特性,在相同的结构中,超导体表现出比常规导体大得多的临近效应.显著的邻近效应使多层导体结构的超导电缆的均流问题变得更加复杂.此类超导电缆有很强的抗短路电流冲击能力,能够承受高于额定电流20倍以上的短路电流,并且有很好的超导性能恢复能力.由于交流超导电缆的电压与电流相位差对电阻的变化非常敏感,所以可以被用作判断失超的预警参数用来避免热溃式失超的发生.     

在单一和连续等离子体放电条件下KSTARPF线圈的运行特性分析

我们使用分析程序SAITOKSCPF研究了KSTAR PF超导线圈的运行特性，为了控制KSTAR超导托卡马克的运行等离子的外形以便实现受控热核聚变反应，在超导PF线圈内通过高变化率的运行电流，由于电磁感应，在超导线圈、支持结构和低温容器内产生感应电流和损耗，超临界氦流过CICC导体内部保持超导体运行在4．2K的温度，分析表明最大的温度在PF1线圈内部，在这篇论文中，我们对于单一和连续条件下等离子体放电对超导体运行的影响进行了研究。     

在单一和连续等离子体放电条件下KSTAR PF线圈的运行特性分析

我们使用分析程序SAITOKSCPF研究了KSTAR PF 超导线圈的运行特性.为了控制KSTAR超导托卡马克的运行等离子的外形以便实现受控热核聚变反应,在超导PF线圈内通过高变化率的运行电流.由于电磁感应,在超导线圈、支持结构和低温容器内产生感应电流和损耗.超临界氦流过CICC导体内部保持超导体运行在4.2K的温度.分析表明最大的温度在PF1线圈内部.在这篇论文中,我们对于单一和连续条件下等离子体放电对超导体运行的影响进行了研究.     

轴向拉伸应变对YBCO涂层导体V-I特性曲线的影响研究

文中实验测试了YBCO涂层导体在77K(液氮)、自场环境、不同轴向拉伸应变情况下的V-I特性曲线,并获得相应的n值。接着,通过对实验数据的拟合建立了一种理论模型,对不同应变下的V-I特性曲线进行了修正,模型修正的结果很好的反映了在实际不同应变情况下的V-I特性曲线变化特征。在此基础上,建立了这种材料n值和应变之间的理论模型,计算结果与实验数据吻合较好。最后,考虑到YBCO涂层导体的n值在材料的弹性区受轴向拉伸应变的影响很小,给出了YBCO涂层导体临界电流与轴向拉伸应变的理论预测模型。通过与实验数据的对比,该理论模型可准确预测任意应变状态下YBCO涂层导体的V-I特性曲线和所对应的n值及其在弹性区的临界电流。     

基于弯曲激波特征线法的两级压缩内收缩流场设计与分析

进气道是超声速飞行器的关键部件,设计核心是无黏超声速流场的确定,而波系结构又直接决定了流场的性能。考虑到实际应用价值,基于给定激波的超声速流场反设计至关重要。传统单道入射波的流场结构简单,压缩效率不高,且传统特征线法(method of characteristics, MOC)无法获得高阶的气动参数。为了拓展设计思路,首先利用弯曲激波特征线法展示了内收缩超声速流场不同的单元过程,随后基于此法提出了一种已知入射和反射激波的两级压缩内收缩流场的概念及反设计方法。基于此法设计的基准流场与数值模拟结果吻合良好,双入射激波可以提高压缩效率并缩短长度,能够实现波系结构和出口参数的分布可控,在非均匀来流条件下也能得到相应型面。在给定激波的条件下,求解分析了一系列具有中心体的轴对称流场,讨论入射和反射激波激波角分布对流场气动参数和几何参数的影响。弯曲激波特征线法的精确性和有效性使其成为平面/轴对称超声速流场反设计的良好候选。