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。     

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阐述了FAIR收集环二极超导磁体电流引线的基本原理,给出了电流引线的主要参数及初步设计方案,提出了使用复合材料和通过结构优化以减小电流引线的漏热,并根据电流引线的传热特性进行了漏热的分析和计算,实验结果验证了概念设计的可行性。     

变截面电流引线的漏热分析与优化设计

电流引线的漏热大小直接关系到超导设备的运行稳定性与运行成本。文中重点探讨了变截面引线在HTS电流引线优化设计中的应用,通过有限元法计算了不同规格的变截面引线的漏热大小,得出了变截面引线漏热与引线长度及截面积之间的变化规律。并为一个基于2G HTS的YBCO高温超导储能装置设计了曲线形扁铜带变截面电流引线。文中的计算结果对于变截面电流引线的优化设计提供了一定的参考价值。。     

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.     

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。     

35kV超导可控电抗器电流引线设计

35kV高温超导可控电抗器工作于70K液氮温区,通过控制超导线圈的工作状态来实现电抗的调节。线圈工作时,电流引线的焦耳热以及传导热是引线漏热的主要来源;当超导线圈开路时,线圈及电流引线则要承受高达十几千伏的感生电压,因此,电流引线的漏热优化以及电气绝缘水平是设计的重点。文中结合电流引线运行工况,设计了35kV超导可控电抗器电流引线,仿真结果表明,该设计漏热量低且温度分布均匀。此外,针对线圈开路时引线的高压情况确立了APG注射环氧绝缘的方案,有效的保证了绝缘水平。     

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.     

300kVA高温超导变压器电流引线漏热损耗的测量

电流引线是高温超导变压器的主要外部漏热来源,它的漏热量直接影响了超导变压器的经济性能,因此,引线的设计与漏热测量一直备受关注。文中构建了一个实验方案,运用量热法测量低压引线的漏热,并将试验结果与仿真预期值进行了对比和分析,从而验证了仿真设计的正确性。     

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。     

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。     

300kVA电动车组高温超导变压器电流引线与套管的结构设计

根据300kVA/25000V/866V电动车组高温超导变压器的绝缘和漏热要求,在理论优化设计的基础上,对电流引线与套管的结构进行再设计并使之工程实现。     

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.     

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.     

超导涡流制动装置液氦容器设计及分析

液氦容器是浸泡式超导涡流制动装置稳定运行不可或缺的部件, 其漏热损耗和结构强度关系着内部超导磁体能否安全稳定的工作. 针对超导涡流制动装置的液氦容器的各类漏热进行了分析计算, 详细讨论了超导线圈励磁过程中对不同壁厚的液氦容器产生的涡流损耗, 并采用 Ansys 有限元分析软件对不同壁厚液氦容器的强度进行了计算, 结合漏热及强度计算结果获得了最优的液氦容器壁厚参数. 结果表明4 mm 壁厚下的液氦容器总漏热在励磁速度为90 A/s 时可达1 .87 W, 液氦容器在各类综合力作用下的最大应力为393 MPa, 最大变形为2.2 mm,可满足所选材料的漏热及强度需求, 为超导涡流制动器装置总体设计提供了有力保证.     

Modeling and Performance Optimization of an Irreversible Two-Stage Combined Thermal Brownian Heat Engine

Based on finite time thermodynamics, an irreversible combined thermal Brownian heat engine model is established in this paper. The model consists of two thermal Brownian heat engines which are operating in tandem with thermal contact with three heat reservoirs. The rates of heat transfer are finite between the heat engine and the reservoir. Considering the heat leakage and the losses caused by kinetic energy change of particles, the formulas of steady current, power output and efficiency are derived. The power output and efficiency of combined heat engine are smaller than that of single heat engine operating between reservoirs with same temperatures. When the potential filed is free from external load, the effects of asymmetry of the potential, barrier height and heat leakage on the performance of the combined heat engine are analyzed. When the potential field is free from external load, the effects of basic design parameters on the performance of the combined heat engine are analyzed. The optimal power and efficiency are obtained by optimizing the barrier heights of two heat engines. The optimal working regions are obtained. There is optimal temperature ratio which maximize the overall power output or efficiency. When the potential filed is subjected to external load, effect of external load is analyzed. The steady current decreases versus external load; the power output and efficiency are monotonically increasing versus external load.     

Eddy current septum magnets for injection and extraction at SSRF

There are 6 in-vacuum eddy current septum magnets used for booster injection, extraction, and storage ring injection in SSRF. Special attention was paid to coils and their support designs because of the shock force they bear in the magnetic fields and the high heat which is hard to be dissipated in vacuum environment. For the storage ring magnets, good transverse homogeneity in the gap was achieved by careful design, precise machining and accurate assembly; and an extremely low leakage field on the stored beam is another key feature thanks to the high permeability Mu metal. Magnetic field measurement was conducted with both a point coil and a long integral coil, and the results agree well with the OPERA-2d/3d simulations. An inner tube is added to keep the continuity of impedance for the circulating beam with two RF finger flanges at each end. There is no vacuum separation between the inner tube and the magnet chamber. Sputter ion pumps integrated with NEG are used to acquire the UHV for the chamber.     

A Three-Terminal Quantum Well Heat Engine with Heat Leakage

We propose a model for a three-terminal quantum well heat engine with heat leakage. According to the Landauer formula, the expressions for the charge current, the heat current, the power output and the efficiency are derived in the linear-response regime. The curves of the power output and the efficiency versus the positions of energy levels and the bias voltage are plotted by numerical calculation. Moreover, we obtain the maximum power output and the corresponding efficiency, and analyze the influence of the heat leakage factor, the positions of energy levels and the bias voltage on these performance parameters.