傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體的電磁熱綜合分析.pdf

1、傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)具有維護(hù)方便、輕便和緊湊、安全性好、效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，正在從初期的低電流小型實(shí)驗(yàn)用磁體系統(tǒng)，向?qū)嵱没拇朋w系統(tǒng)發(fā)展。隨著高溫超導(dǎo)線材性能的提高和價(jià)格的降低，傳導(dǎo)冷卻的高溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。 本文構(gòu)造了高溫超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體在各種運(yùn)行狀態(tài)的計(jì)算模型，基于電磁場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)理論，綜合分析了傳導(dǎo)冷卻的高溫超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體的電磁特性，機(jī)械特性和熱穩(wěn)定性。具體作了以下幾方面的工作： 1. 完成了高溫

2、超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體的電磁概念設(shè)計(jì)，分別對(duì)磁體的螺管型和環(huán)型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，對(duì)不同磁體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化并對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行比較；對(duì)儲(chǔ)能容量在10 MJ 以下的磁體的應(yīng)力分布和雜散場(chǎng)狀況進(jìn)行比較；比較了層繞式和餅式兩種不同繞制方式的磁體的磁場(chǎng)特性。 2. 分別對(duì)高溫超導(dǎo)磁體中高溫超導(dǎo)體產(chǎn)生的交流損耗和導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)中常態(tài)導(dǎo)體的渦流損耗進(jìn)行了研究，綜述了高溫超導(dǎo)體交流損耗模型，提出了高溫超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體的交流損耗計(jì)算方法，分析了儲(chǔ)能磁體交流損耗各分量隨直流幅

3、值的變化關(guān)系；計(jì)算了磁體導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)各部分的渦流損耗，提出了有效減小渦流損耗的導(dǎo)冷片結(jié)構(gòu)。 3. 建立了高溫超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體在熱擾動(dòng)下的模型，仿真了磁體在熱擾動(dòng)幅值和持續(xù)時(shí)間變化下磁體的熱響應(yīng)，比較了局部出現(xiàn)多點(diǎn)擾動(dòng)下磁體的熱響應(yīng)，提出了改進(jìn)磁體熱穩(wěn)定性的方法；建立了高溫超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體在直流背場(chǎng)下施加一定交流電流情況下的模型，仿真了磁體不同交流工況下的熱響應(yīng)，分析了導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)的改善對(duì)磁體熱穩(wěn)定性影響；針對(duì)兩種不同導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)模型，仿真了磁體在過

4、電流下磁體的響應(yīng)和恢復(fù)特性，并對(duì)兩種結(jié)果進(jìn)行比較。 4. 在對(duì)磁體電磁設(shè)計(jì)、損耗分析和熱穩(wěn)定性研究的基礎(chǔ)上，探索了高溫超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體的綜合優(yōu)化問題，提出了二次優(yōu)化的概念，并給出了一個(gè)磁體優(yōu)化實(shí)例，對(duì)優(yōu)化前后結(jié)果進(jìn)行比較，優(yōu)化后效果顯著。 5. 分析了35kJ磁體在直流運(yùn)行狀態(tài)的電磁特性，計(jì)算了磁體在進(jìn)行功率交換時(shí)高溫超導(dǎo)體的交流損耗和導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)中的渦流損耗，仿真了磁體功率交換時(shí)磁體內(nèi)部溫度場(chǎng)分布，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了