绝热超导磁体失超过渡过程的数值模拟研究

失超是超导磁体运行的重要现象失超过程所释放出的磁体能量将使磁体局部温度迅 速升高,过高的温度会使磁体烧毁．磁体失超后的安全性分析需要解出失超的过渡过程,包 括磁体的电流衰减、温度变化及电压变化,从而估计出磁体在失超过程中的热冲击和电压冲 击,由此对满足磁场强度和磁场均匀度的磁体设计进行评价,为磁体的结构设计、工艺设计 提供依据．本文对绝热超导磁体的失超过程中各相关物理量之间的关系进行了分析,编制了 相应的失超过程计算机模拟程序,指出了不同失超起始点求解的处理方法,给出了实例的模 拟计算结果．在分析中,…     

FAIR收集环二极超导磁体外杜瓦泄放系统的概念设计

对FAIR(Facility for Antiproton and Ion Research)收集环-CR(Collector Ring)二极超导磁体外杜瓦的超压泄放系统进行了概念设计,给出了爆破片式的泄放系统结构,并基于ANSYS的结构分析初步确定了爆破片的结构参数;以及通过ANSYS对波纹管和外杜瓦进行了结构分析,分析结果表明波纹管和外杜瓦在超压状态下安全。文中的设计和分析研究,为外杜瓦的工程设计提供了有益的参考。     

MRI、NMR低温超导磁体失超保护综述

用超导磁体制造NMR、MRI等核磁共振设备越来越普遍,超导磁体的失超保护在磁体设计中是一个很关键的问题.本文从失超保护方式,保护电路设计、加速失超方法等三个方面总结了如何为一个超导磁体尤其是核磁共振用超导磁体设计失超保护方案,指出了一些常见的问题的解决办法,最后还介绍并比较了一些常用失超模拟软件,以期为相关科研人员提供有价值的参考.     

基于事故树方法的制冷机冷却超导磁体失超分析

制冷机冷却的超导磁体具有结构紧凑、运行方便和安全性好等优点,但是超导磁体失超是绝对的,完全避免失超的发生是不可能的。采用事故树分析法对超导磁体失超进行分析。建立以"超导磁体失超"作为顶上事件。从超导磁体"整理力学不稳定"、"低温环境不稳定"、"失超安全保护不当"和"人为因素"四个方面为中间事件进行分析找出相应的基本事件。通过定性定量分析找出引起失超的原因,依据优先解决主要矛盾为原则提出科学合理有效的安全对策、措施、建议。     

小型NbTi磁体的失超传播特性研究

针对小型实验NbTi超导磁体,通过建立螺线管线圈正常态区域传播的数学模型来定性描述其三维传播特性,并就磁体失超的实验波形做深入分析,阐述绕组匝间及层间的热传导效应对磁体失超传播速度的影响,掌握实验磁体失超过程中的内阻变化曲线,为磁体的失超信号检测与保护奠定良好的理论基础。     

高温超导SMES磁体的失超检测研究

失超保护是保证磁体安全运行的重要措施,而失超检测是失超保护正常动作的前提。由于SMES磁体运行工况的特殊性,现有失超检测方法在失超信号提取上遇到电磁噪声干扰严重的问题。文中针对高温超导SMES的运行工况,对电桥检测法进行了改进,通过对电桥信号的滤波设计解决电磁噪声干扰,设计了一套适用于高温超导SMES磁体在交变电流情况下的失超检测系统,同时进行了高温超导磁体的失超检测实验。实验结果表明,此系统能快速、准确地检测失超信号,并输出保护动作信号。     

45T混合磁体外超导磁体失超保护系统设计北大核心CSCD

由中国科学院强磁场科学中心建成的混合磁体包含着内水冷磁体和外超导磁体两大部件,目前已经成功达到40T的中心磁场,在下一轮实验将冲击45T磁场.作为中国磁场强度最高的稳态强磁场装置,其失超保护系统合理的设计是该磁体安全运行的重要保证.本文详细介绍了45T混合磁体外超导磁体失超保护系统设计,主要包括:同绕线、二次补偿、失超保护电路以及失超保护参数的选取.同时对混合磁体在运行调试期间外超导磁体出现的两次失超与保护动态过程也进行了分析与讨论.     

基于混合式开关的超导磁体失超保护系统仿真研究

设计了一种基于混合式开关的新型失超保护电路。该电路采用二极管桥与IGBT组合实现电流双向流动,减少了开关数量需求,提高了可靠性;通过调节电路中能耗电阻值实现电流快速下降,提高了耗能速度,能更好完成超导磁体保护要求。采用等效电路的方式对失超保护过程中的多级换流和移能过程进行了分析,给出了保护动作逻辑和能耗电阻的阻值调节策略,并通过电路仿真进行了技术验证。     

FAIR项目Super-FRS超导二极磁铁测试线圈的三维失超数值模拟

国际反质子与离子研究装置(FAIR)项目中的Super-FRS超导二极磁铁是一个大型温铁结构的超导磁体,由中国负责设计、研制和测试。为了研究超导线圈的性能和其设计的可靠性,前期研制了一个测试线圈。建立了一个基于ANSYS和OPERA 3D的三维失超模型,不仅将模拟结果和实验数据进行对比,更可以获得失超过程的更多细节。模型将环氧浸渍的超导线圈简化为各项异性连续介质。将ANSYS求解器用于瞬态传热过程的分析,OPERA 3D用于磁场计算,并采用ANSYS脚本语言（APDL）进行焦耳热的计算和保护电路方程的求解。模拟得到了温度、电压、电流随时间的变化曲线和失超传播过程。最后将模拟结果和测试线圈的测试结果进行了比较。     

FAIR项目Super-FRS超导二极磁铁测试线圈的三维失超数值模拟

国际反质子与离子研究装置(FAIR)项目中的Super-FRS超导二极磁铁是一个大型温铁结构的超导磁体,由中国负责设计、研制和测试。为了研究超导线圈的性能和其设计的可靠性,前期研制了一个测试线圈。建立了一个基于ANSYS和OPERA 3D的三维失超模型,不仅将模拟结果和实验数据进行对比,更可以获得失超过程的更多细节。模型将环氧浸渍的超导线圈简化为各项异性连续介质。将ANSYS求解器用于瞬态传热过程的分析,OPERA 3D用于磁场计算,并采用ANSYS脚本语言（APDL）进行焦耳热的计算和保护电路方程的求解。模拟得到了温度、电压、电流随时间的变化曲线和失超传播过程。最后将模拟结果和测试线圈的测试结果进行了比较。     

分段保护超导螺线管磁体失超过程的过电压

超导磁体失超过程的过电压准确分析是失超保护系统设计的基础。对于分段保护的超导螺线管磁体,在传统椭球形正常区失超传播模型的基础上,将3维温度计算结果映射到1维导线方向上,确定沿导线的温度分布,进而计算出各匝电阻。将线圈看作以匝为单位的电阻和电感组成的电路,计算出沿导线的电阻电压、电感电压以及合电压瞬态分布,较准确地估计了失超过程中最大对地电压、层间电压和匝间电压。利用该方法对某分段保护的螺线管磁体进行了计算,获得了失超过程中磁体内部过电压;发现磁体内部的电压分布由方向相反的电感电压和电阻电压共同决定;以单段正常区电阻电压作为该磁体对地电压过于保守。     

Super-FRS超导磁体失超瞬态热应力分析

国际反质子与离子大科学工程(FAIR)项目是一个大型的国际合作项目,其中Super-FRS超导二极磁体由中国科学院近代物理研究所研制。利用ADINA有限元程序对项目中的超导Super-FRS磁体线圈的失超过程进行了模拟分析。利用C程序对ADINA程序进行二次开发以便对有限元求解器的调用和载荷的控制。分析结果显示：在失超过程中产生的最大热应力为26 MPa,可能产生的声波频率在35 Hz左右。     

分段保护超导螺线管磁体失超过程的过电压

超导磁体失超过程的过电压准确分析是失超保护系统设计的基础。对于分段保护的超导螺线管磁体,在传统椭球形正常区失超传播模型的基础上,将3维温度计算结果映射到1维导线方向上,确定沿导线的温度分布,进而计算出各匝电阻。将线圈看作以匝为单位的电阻和电感组成的电路,计算出沿导线的电阻电压、电感电压以及合电压瞬态分布,较准确地估计了失超过程中最大对地电压、层间电压和匝间电压。利用该方法对某分段保护的螺线管磁体进行了计算,获得了失超过程中磁体内部过电压;发现磁体内部的电压分布由方向相反的电感电压和电阻电压共同决定;以单段正常区电阻电压作为该磁体对地电压过于保守。     

Super-FRS超导磁体失超瞬态热应力分析

国际反质子与离子大科学工程(FAIR)项目是一个大型的国际合作项目,其中Super-FRS超导二极磁体由中国科学院近代物理研究所研制。利用ADINA有限元程序对项目中的超导Super-FRS磁体线圈的失超过程进行了模拟分析。利用C程序对ADINA程序进行二次开发以便对有限元求解器的调用和载荷的控制。分析结果显示:在失超过程中产生的最大热应力为26 MPa,可能产生的声波频率在35 Hz左右。     

HT-7托卡马克装置纵场超导磁体失超保护可靠性研究

重点介绍 HT- 7超导托卡马克纵场失超保护可靠性措施 ,如双门限信号相与、双通道信号处理、前馈补偿、高频滤波等 ;简明介绍了托卡马克装置运行中失超发生的规律性。     

多线圈螺线管超导磁体的失超过程模拟

大型多线圈超导磁体常采用分段被动保护的方式以保证磁体在失超时不被损坏。针对此种保护模式,采取基于有限体积的数值方法模拟某核磁共振成像(MRI)超导磁体失超后的失超传播过程,分析线圈失超过程中的热点温度以及电流和电压随时间变化,并对失超电路中各部分的作用进行定量的计算与讨论,为多线圈结构磁体的失超保护方案设计提供参考意见。     

液氮浸泡式高性能ReBCO超导带材失超传播特性研究

高性能高温超导带材在大型超导磁体装置上的应用已成为一种趋势,由于存在失超传播速度缓慢、失超检测信号微弱等不足,对失超保护设计提出很大挑战。本文基于液氮浸泡式双保护层的高性能ReBCO带材失超传播特性,采用一维热平衡方程建立失超传播速度的数学模型,通过增加失超源,检测热点温度与电压信号,探究液氮浴环境下的ReBCO带材在传输电流等不同参数下失超传播速度和最小失超能量的变化规律。结果显示:相同条件下,高温超导带材的失超传播速度与传输电流成正相关,最小失超能量与传输电流成负相关,且相比无保护层的普通高温超导带材,具有双保护层的高性能ReBCO临界电流和触发裕度均有提升。     

超导斜螺线管型二极磁体失超保护研究

超导磁体一旦失超,短时间的能量释放将使磁体产生很大的内电压和局部温升,如果冲击过大,可能损坏磁体,因此超导磁体的失超传播过程模拟具有重要的意义。超导斜螺线管型二极磁体因其显著优点,在小型加速器和离子束治癌装置上有很好的应用前景,近代物理研究所强流重离子加速器(HIAF)也拟采用该型结构作备选方案,但是由于其特殊的线圈形式,传统的失超模拟方法不再适用。本文采用逻辑坐标与失超传播速度结合的方法模拟了一小型实验磁体的失超传播过程,得到该型磁体失超后电流、电压、温度等相关物理量的变化情况,并比较分析了该类型磁体的失超特点。     

超导磁体低温系统的简化模型及其验证

用于冷却超导磁体的低温系统由管路、支管、阀门和泵等组成.在实际情况中,低温系统的暂态和稳态响应对磁体的性能有很大影响;同时磁体的暂态过程对低温系统也有影响,因此需要把低温系统和磁体系统作为整体来考虑以提高模型的预测能力.本文分别对两个具体实验装置的低温系统建立了简化模型,并对比了模拟计算结果与实验数据,结果表明模型能够较好地模拟超导磁体的低温系统.     

7T大口径NbTi超导磁体降温通电实验

介绍了用于超导导体测试用超导磁体降温通电实验,降温采用500W@4.5K制冷机系统。300—10K直接采用冷He气循环冷却超导磁体,温度低于10K直接输入LHe。该磁体在4.2K温度下可通1000A的电流,其中心磁场为7T,储能为3M J。