高溫超導(dǎo)懸浮體的靜、動(dòng)力特性分析.pdf

1、超導(dǎo)懸浮作為超導(dǎo)體的重要應(yīng)用之一,與其它傳統(tǒng)的物理懸浮相比較,具有十分突出的優(yōu)點(diǎn).因此,使得其廣泛應(yīng)用于超導(dǎo)磁懸浮列車和超導(dǎo)飛輪儲(chǔ)能等工業(yè)領(lǐng)域.目前,有關(guān)研究的總體狀況為:實(shí)驗(yàn)探索多于理論分析,靜態(tài)研究多于動(dòng)態(tài)研究,尤其是有關(guān)超導(dǎo)懸浮動(dòng)態(tài)特性方面的理論研究,由于問題本身的強(qiáng)非線性和多場(chǎng)耦合特征,進(jìn)展就更為緩慢.本文針對(duì)典型的超導(dǎo)懸浮形式-超導(dǎo)/永磁懸浮系統(tǒng),較為全面地研究,尤其是定量研究了系統(tǒng)的靜態(tài)懸浮和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,得到了一些有意義的

2、結(jié)果.本文首先從一般意義上給出了超導(dǎo)懸浮動(dòng)力系統(tǒng)的基本方程,包括電磁場(chǎng)方程、動(dòng)力運(yùn)動(dòng)方程和超導(dǎo)電磁本構(gòu)關(guān)系.作為特殊情形,也給出了退化到軸對(duì)稱情形下超導(dǎo)懸浮動(dòng)力系統(tǒng)的基本方程.在此基礎(chǔ)上,建立了分析超導(dǎo)電磁場(chǎng)分布、靜態(tài)懸浮特性以及超導(dǎo)懸浮動(dòng)力運(yùn)動(dòng)特性的數(shù)值計(jì)算方法,給出了具體的計(jì)算步驟,并通過與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較驗(yàn)證了這些計(jì)算方法的可靠準(zhǔn)確性.利用這些計(jì)算方法,編制了一系列定量分析程序,在對(duì)超導(dǎo)電磁場(chǎng)定量分析的基礎(chǔ)上,圍繞系統(tǒng)懸浮力分別研究

3、了準(zhǔn)靜態(tài)懸浮力、靜磁剛度、懸浮力-距離磁滯關(guān)系、非準(zhǔn)靜態(tài)懸浮力以及系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程中恢復(fù)力的特性及其影響規(guī)律.數(shù)值結(jié)果表明:懸浮力-距離關(guān)系是高度磁滯的;內(nèi)部因素如超導(dǎo)材料參數(shù)、磁通運(yùn)動(dòng)等和外部因素如永磁體表磁強(qiáng)度、初始冷卻條件等對(duì)懸浮力有十分明顯的影響.在此基礎(chǔ)上,本文進(jìn)一步展開了對(duì)超導(dǎo)懸浮系統(tǒng)動(dòng)力運(yùn)動(dòng)特性如超導(dǎo)內(nèi)部磁通蠕動(dòng)的影響、頻率特性以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程中的能量損耗及阻尼特性的研究,給出了磁通蠕動(dòng)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響規(guī)律、系統(tǒng)主共振

4、頻率隨外加激勵(lì)等因素的變化規(guī)律以及系統(tǒng)能量損耗及阻尼隨外加激勵(lì)等因素的變化規(guī)律.數(shù)值結(jié)果進(jìn)一步顯示:磁通蠕動(dòng)效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響是十分明顯的,在理論預(yù)測(cè)其動(dòng)力運(yùn)動(dòng)特性時(shí),采用能正確反映超導(dǎo)磁通運(yùn)動(dòng)的電磁本構(gòu)關(guān)系-磁通流動(dòng)與蠕動(dòng)模型-是必要的.最后,圍繞系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程中懸浮體漂移現(xiàn)象,從定量上研究了懸浮漂移規(guī)律,初步探討了懸浮漂移的物理根源.數(shù)值結(jié)果表明:懸浮體振動(dòng)漂移的具體規(guī)律與懸浮空間點(diǎn)在懸浮力-距離曲線上的具體位置密切相關(guān);其