基于OPERA/QUENCH的MRI超导对称与非对称磁体失超特性对比(英文)

在MRI磁体的设计过程中,失超现象的研究对于超导磁体的安全运行具有重要的意义.本文采用三维有限元软件OPERA分别对1T对称磁体和非对称磁体的失超特性进行了仿真分析.详细介绍了仿真的建模过程和求解算法.NbTi超导材料的临界电流密度通过软件预设的查表变量实现设置.通过仿真分析,得到了两种磁体结构在失超过程中重要的物理量如超导线圈的电流、电阻的变化规律.三维仿真图形更有利于观察失超在不同方向的传播速度.通过比较得出结论,虽然对非称磁体的DSV比对称磁体要大,但在失超过程中,非对称磁体受到的破坏也比对称磁体要严重.     

环氧浸渍材料厚度对高温超导体失超传播特性的影响研究

研究了不同环氧树脂厚度浸渍的ReBCO高温超导带材的最小失超能(MQE)和失超传播速度(NZPV),分析了不同环氧树脂厚度对ReBCO高温超导带材的最小失超能和失超传播速度随归一化传输电流的关系.结果表明,ReBCO高温超导带材的最小失超能随环氧树脂厚度的增加变化很小;ReBCO高温超导带材的失超传播速度随着环氧树脂厚度的增加而增大.     

高温超导带材不同焊接接头长度对失超传播特性影响实验研究北大核心CSCD

本文针对目前典型的Bi2223和YBCO高温超导带材,在液氮温区下,测量了不同焊接接头长度对接头处的最小失超能(MQE)和失超传播速度(NZPV);分析了同种带材不同接头长度失超传播速度和最小失超能随归一化传输电流的变化关系以及不同带材相同接头下的变化关系.结果表明,不同接头长度对最小失超能的影响并不大,而随着焊接接头长度的增加,失超传播速度会逐渐减小.     

局部磁场对高温超导带材失超传播特性的影响北大核心CSCD

本文主要针对YBCO和Bi2223两种高温超导带材,在液氮温区下,测量了局部磁场影响下YBCO和Bi2223的最小失超能(MQE)和失超传播速度(NZPV).根据测量结果,分析了不同强度磁场对两种高温超导带材的最小失超能和失超传播速度随归一化传输电流的变化关系.结果表明,两种高温超导带材的最小失超能都会随着局部磁场的增加而减小;两种高温超导带材的失超传播速度都会随着局部磁场的增加而增加.     

双根堆叠YBCO超导带材缺陷状态下失超传播规律研究

因双根并绕堆叠结构的YBCO带材能够进一步增加设备承载电流密度,被广泛应用于大型超导设备线圈绕制中.本文研究了外层有包绕绝缘的双根并绕堆叠YBCO带材有缺陷情况下的失超传播特性,应用有限元法方法,建立了双根YBCO带材堆叠状态下失超仿真模型,研究了存在不同缺陷的情况下双根堆叠超导带材的失超传播特性,探索了堆叠带材在不同工作电流下传播速度(NZPV)等参数的变化趋势,同时探究了不同铜稳定层厚度下并绕堆叠带材失超传播规律.结果表明缺陷区域面积增加以及铜稳定层厚度减小,都将导致双根并绕堆叠结构的二代高温超导带材失超传播速度增加,在带材上的温升增加,增加失超的风险.研究结果可以为超导设备安全稳定运行参数设置提供支持.     

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Bi2212圆线材的热失超行为研究

为了及时的发现和保护超导体在失超过程中由于局部温度的突然升高而导致的材料的不可逆破坏行为,对于超导材料的失超行为深入地研究和定量地分析是必要的.本文结合电场方程和热平衡方程,建立了能够描述失超行为的热-电耦合方程,并构建了能够表征多芯Bi2212圆线材结构的三维模型,同时基于有限单元法进行数值计算,研究其失超行为.通过对比实验与研究结果验证模型的准确性和有效性,继而研究了正常区传播速度(NZPV)和最小失超能(MQE)与运输电流之间的关系,并给出了热失超过程中电流重分布过程.     

超导磁体的短路环保护

本文讨论了高电流密度的大型超导磁体在失超保护上遇到的困难和短路环保护技术的物理原理,我们在多芯NbTi复合线绕制的小型磁体上,采用高纯铝作为短路环保护,实验观测到,在磁体未失超而关断供电电流的情况,能量基本上转移至短路环内;磁体电流较大时,磁体电流衰减的速率较大。在通过加热器人为触发失超的情况下,一部分磁体电流转移到短路环内;初始电流较大时,转移率较大,因此,将降低超导磁体失超后的温升。实验又观察到,当有短路环时,失超感应电压下降。     

电阻型超导限流器中带材失超与恢复特性

电阻型超导故障限流器中带材失超和超导恢复特性受电流、温度、磁场等因素影响,以YBCO超导带材为研究对象,建立了饼式线圈和螺线管式线圈绕制模型,分析了两种线圈中磁场分布特性,在液氮冷却条件下,表明了温度、磁场对临界电流密度和失超电阻率的影响;通过分析在三角波形故障电流作用下带材失超和超导恢复过程中的热过程,表明了超导恢复时间与失超后的温度和散热条件有关,当温度低于105 K时,超导特性恢复较快。为超导限流器的结构、冷却设计提供参考。     

局部磁场对高温超导带材失超传播特性的影响

本文主要针对YBCO和Bi2223两种高温超导带材,在液氮温区下,测量了局部磁场影响下YBCO和Bi2223的最小失超能(MQE)和失超传播速度(NZPV).根据测量结果,分析了不同强度磁场对两种高温超导带材的最小失超能和失超传播速度随归一化传输电流的变化关系.结果表明,两种高温超导带材的最小失超能都会随着局部磁场的增加而减小;两种高温超导带材的失超传播速度都会随着局部磁场的增加而增加.     

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。     

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。     

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。     

高温超导带材不同焊接接头长度对失超传播特性影响实验研究

本文针对目前典型的Bi2223和YBCO高温超导带材,在液氮温区下,测量了不同焊接接头长度对接头处的最小失超能(MQE)和失超传播速度(NZPV);分析了同种带材不同接头长度失超传播速度和最小失超能随归一化传输电流的变化关系以及不同带材相同接头下的变化关系.结果表明,不同接头长度对最小失超能的影响并不大,而随着焊接接头长度的增加,失超传播速度会逐渐减小.     

超导磁体失超动态过程的实验研究

采用双线圈闭合迴路法,研究了国产多丝铌-钛复合线在密绕、稀绕和设置冷却通道的磁体内失超的动态过程. 实验表明,这种方法可以判断出失超过程是否存在平衡态,并可求出正常区存在的最小电流(I_m)、最小传播电流(I_p)、最大平衡电流(I~*)和正常区传播速度(v)以及不同冷却条件下的传热系数之比. 这些参数对设计保护电阻,选定磁体工作电流等都是很重要的.     

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。     

恒压下Bi2223/Ag带材失超规律研究

高温超导材料的实际应用中其装置两端的电压保持恒定,而现有的研究都是建立在恒流的基础上。基于此,通过建立恒压下Bi2223/Ag高温超导带材的一维失超传播模型,用数值模拟方法研究了Bi2223/Ag高温超导带在恒压作用下的失超传播行为。通过计算给出了Bi2223/Ag带材在恒压下的最小失超能(MQE)、失超传播速度(NZPV)及其变化规律,同时对恒流和恒压两种条件下的失超行为进行了对比,发现恒压下的最小失超能明显小于恒流下的最小失超能,同时恒压下的失超传播比恒流更慢。     

超导储能系统失超保护实验研究

介绍了超导储能系统的失超保护实验,分别对实验装置、失超保护系统、实验连线以及实验电路四个方面进行了阐述。在超导储能系统运行过程中,通过测量在磁体电流超过临界电流情况下,失超保护系统中失超电压及电流的变化曲线,分析了不同充电电流对磁体阀值电压的影响以及在磁体参数改变下失超保护系统的适用情况。实验结果表明,失超保护系统能快速、准确地检测失超信号,并进行保护动作。同时,实验数据的统计也说明了不同的充电电流速度对阀值电压没有产生影响。     

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.     

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。