YBCO带材无阻连接热退火效应研究

超导焊接是第二代高温超导(2G-HTS)带材研究的重要内容,在两根超导带材中间生长超导连接层可实现无阻连接.在超导连接层的生长过程中,原来的两根超导带材需再次经历热处理,目前这方面的研究甚少.本文系统研究了780℃热退火中,时间、气氛对带材性能的影响.分析了样品的显微结构、表面形貌以及临界电流密度(J_c),结果表明:2 h干氮氧气氛有利于提高原始带材的性能;湿氮氧气氛使J_c值降低.这可能是湿气的存在增加了晶粒缺陷,使杂质的扩散通道增加,从而Ba-Cu-O积聚生长,造成YBCO性能恶化.在文中我们还利用XRD进行了应力拟合分析了应力变化.     

YBCO高场内插线圈的应力分析研究

YBCO内插线圈绕制过程中施加的绕制预紧力、降温过程中的热应力以及通电运行时产生的电磁力,是内插线圈应力的主要机械载荷。内插线圈中YBCO导体中的应力是影响线圈超导性能的主要因素之一。文中采用有限元方法,针对一个25T的YBCO内插线圈,通过建立3D仿真模型,从绕制预紧力、冷收缩和洛伦兹力等应力载荷出发,依次分析了YBCO涂层导体在三种载荷下的应力分布特点。进一步采用细化线圈模型,得到了YBCO带材层状结构中不同材料的应力分布特点。研究结果可为高场内插线圈的工艺设计提供依据。     

YBCO带材过流特性与抗过流能力研究

大电流条件下超导带材的失超和耐受特性是超导限流器对带材用量选择的一个重要依据。本文建立了与实际工艺结构一致的带材几何物理模型,并考虑带材的失超及电热特性,用Matlab完成数值计算,在直流环境下,带材通以时长为30 ms、通流达3倍临界电流时,得到其电压、电流特性及温升大小,通过与实验对比,具有较好的一致性。同时,进一步进行了最大通流达5倍临界电流的极限冲击实验,根据实验现象预判了带材各层传热的动态过程,优化了数学模型,进而给出带材耐受电流及温度判据。     

YBCO高温超导带材大电流冲击特性实验研究

随着第二代高温超导带材的性能不断提高和商业化供应,基于YBCO材料的超导电力技术应用研究也在逐步向多领域深入进行。超导带材的大电流冲击性能对于超导电缆的短路电流冲击耐受能力、电阻型限流器的限流性能等有着直接的影响。以不锈钢加强型超导带材样品为研究对象进行了实验研究,并对常压液氮浸没环境中,不同冲击时长、不同冲击电压条件大电流冲击过程中温升、冷却时长等特性开展了实验研究,总结了温升与冲击时长、冷却时间的关系和规律。实验是以超导限流器用超导带材为研究对象进行的。超导带材在故障电流下的发热量及其散热结构设计将成为超导电缆、超导限流器等超导电力装置设计成功与否的关键。     

YBCO高温超导带材大电流冲击特性实验研究北大核心

随着第二代高温超导带材的性能不断提高和商业化供应,基于YBCO材料的超导电力技术应用研究也在逐步向多领域深入进行。超导带材的大电流冲击性能对于超导电缆的短路电流冲击耐受能力、电阻型限流器的限流性能等有着直接的影响。以不锈钢加强型超导带材样品为研究对象进行了实验研究,并对常压液氮浸没环境中,不同冲击时长、不同冲击电压条件大电流冲击过程中温升、冷却时长等特性开展了实验研究,总结了温升与冲击时长、冷却时间的关系和规律。实验是以超导限流器用超导带材为研究对象进行的。超导带材在故障电流下的发热量及其散热结构设计将成为超导电缆、超导限流器等超导电力装置设计成功与否的关键。     

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。     

轴对称高场超导磁体电磁应力有限元分析方法

核磁共振成像和核磁共振谱仪是高场超导磁体的主要应用领域.高场超导磁体通常具有较高的磁场和运行电流,在运行过程中超导线会产生较高的电磁应力,其临界特性将发生退化,影响磁体的稳定性.开展高场超导磁体的电磁应力精确分析显得尤为必要.本文发展了一种快速有效的有限元分析方法,第一步,为整个超导磁体系统建立平均有限元模型,采用传统的电磁-结构耦合方法求解电磁应力,获得最大应力位置;第二步,对最大应力所在的超导线圈建立详细有限元模型,采用单积分-结构分析方法精确求解每一组分中电磁应力.基于该模型研究了500 MHz NMR超导磁体的电磁应力.该分析方法也可以用于超导磁体冷却过程中的热应力分析.为高场超导磁体设计和建造提供有益的理论依据.     

FeCuNbSiB非晶带材压应力阻抗研究

采用单辊法制备了宽4.5 mm、厚25μm的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶带材,并进行热处理以消除带材的残余内应力,利用4294A型阻抗分析仪测试了非晶带材的应力阻抗效应.结果表明:当测试频率低于20 MHz时,FeCuNbSiB非晶带材的应力阻抗效应较弱,随着测试频率的升高,材料的应力阻抗效应出现了明显的增强;热处理后非晶带材的应力阻抗效应增强,且随着热处理温度的升高而增强.     

粘弹性减阻流动的雷诺应力模型研究

针对由Giesekus本构方程描述的粘弹性槽道减阻流动,建立了低Re数雷诺应力模型.通过与DNS数据的比较,该模型对平均速度、平均变形、减阻率和应力的预测较准确,而对时均速度剖面和脉动速度强度的预测精度有待提高.另外,对雷诺应力再分配项(压强变形率相关项)的模化有待改进.     

冲击波中横向、纵向应力计响应初步研究

 采用低阻值锰铜压阻应力计，通过一维平板撞击实验和理论分析对横向、纵向应力计在有机玻璃和陶瓷材料中的不同响应进行了研究。实验结果表明，在陶瓷等硬质材料中进行横向应力测量时，可用康铜计补偿的方法，直接用锰铜计纵向标定的压阻系数计算，而在有机玻璃中却不能简单地得到横向应力。     

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。     

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带材的交流损耗的FEM仿真分析

对高温超导带材YBCO的交流损耗进行了仿真分析。运用有限元FEM方法,基于Maxwell方程组的数值建模,引入了基于实验数据的power-law对交流损耗进行计算。首先对自场下的交流损耗值进行了仿真计算并分析了带材的电流密度与磁场分布情况,并通过与实验测量数据做比较验证仿真方法的有效性。其次分别对不同幅值下的平行场与垂直场下的交流损耗进行了计算,将自场、平行场以及垂直场下的电流密度与磁场强度的分布以及交流损耗值进行了对比分析。     

一种新型YBCO高温超导带材临界电流特性测试方法

针对YBCO高温超导带材临界电流特性,文中基于四引线法,构造了一个集成有背景磁场发生装置的减压降温的低温测量装置。该装置包括一个提供背景磁场的双"E"形铁心线圈磁体;一个可以旋转0—360°的超导带材样本架以及一套可实现减压降温功能的低温测试系统。通过对低温杜瓦内温度、YBCO带材所处背景磁场大小、背景磁场与YBCO带材表面夹角的控制,实现了YBCO超导带材在不同温区、不同磁场及磁场方向下的临界电流特性的测量。这种新颖的测量方法和装置,综合考虑了环境温度、背景磁场和磁场方向变化的具体影响,能够获得较全面的YBCO高温超导带材临界电流性能参数。     

限流器用YBCO带材过电流冲击特性影响因素探究

为了评估用于电阻型超导限流器的YBCO超导带材的过电流冲击特性,实验研究了YBCO带材中各结构参数对带材单位长度的失超电阻值和过电流幅值的影响。实验结果表明,不锈钢层较厚的带材,其耐受过电流幅值更大,但单位长度的失超电阻值较小;铜层较厚的带材,其耐受过电流幅值和单位长度的失超电阻均较大,能有效改善带材的过电流冲击特性;而且,带材的临界电流大小与过电流幅值没有明确的对应关系。限流器的实际设计过程中,需要根据过电流冲击特性优化配置超导带材的各结构参数。     

磁性基底YBCO带材在DC外场下的交流损耗特性

随着载流能力的不断提高和生产成本的逐渐降低,高温超导YBCO带材在未来高温超导电力装置中具有广泛的应用前景。对磁性基底YBCO带材在平行和垂直DC外场下的交流损耗进行了测量,并研究了磁性基底的磁饱和和磁记忆特性对其交流损耗的影响。实验结果表明,平行外场和垂直外场分别大于240Gs和450Gs时,带材的交流损耗降至最低。除此之外,实验还发现,撤掉垂直外场后,带材在较小的载流范围内,仍能保持较低的交流损耗。     

结构参数对YBCO高温超导螺线管磁体临界电流密度的影响

高温超导带材具有很强的电磁各向异性,是超导螺线管线圈在设计、优化及运行中必须考虑的重要因素。该文通过对SCS4050型YBCO高温超导带材的实验参数进行分析,得出不同背景场下带材临界电流密度的变化曲线;通过有限元仿真软件Ansoft Maxwell,分析了带材结构参数变化时,对螺线管磁体最大磁场、临界电流密度以及储能的影响。研究结果得出随结构参数变化磁体临界电流密度的变化趋势以及影响YBCO磁体临界电流密度的主要磁场角度,为Y系高温超导螺线管型磁体的设计提供一定的理论依据。