高溫超導(dǎo)復(fù)合帶材的交流損耗及失超行為的數(shù)值分析.pdf

1、超導(dǎo)體處于交變電磁場中產(chǎn)生的交流損耗是其在實際應(yīng)用中的關(guān)鍵問題。在低溫環(huán)境下，交流損耗作為直接的熱源輸入整個超導(dǎo)設(shè)備中，不僅會增加制冷系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，增大超導(dǎo)應(yīng)用的成本，還會導(dǎo)致超導(dǎo)設(shè)備的運(yùn)行不穩(wěn)定。在超導(dǎo)磁體中，局部溫升引起的失超及正常區(qū)域的傳播也是實際應(yīng)用中的安全隱患，在強(qiáng)電流環(huán)境下發(fā)生的失超甚至?xí)Τ瑢?dǎo)磁體產(chǎn)生毀滅性的損傷。
　　本文基于有限元數(shù)值方法，對高溫超導(dǎo)復(fù)合帶材的交流損耗和失超行為分別進(jìn)行了研究。首先，分析了單層超導(dǎo)帶

2、材和堆疊結(jié)構(gòu)中的交流損耗。基于冪指數(shù)E-J關(guān)系和H方法實現(xiàn)超導(dǎo)體建模，計算了不同交變電流、磁場的幅值、頻率、相位差等條件下超導(dǎo)帶材的交流損耗。通過比較高溫超導(dǎo)帶材和超導(dǎo)/鐵磁基底復(fù)合帶材的交流損耗分析了不同電磁場中磁性鐵磁基底對高溫超導(dǎo)帶材交流損耗的影響。在低磁場環(huán)境下，磁性基底會增大超導(dǎo)帶材內(nèi)的交流損耗；而在高磁場環(huán)境下，磁性基底有減小超導(dǎo)帶材交流損耗的作用。超導(dǎo)/鐵磁基底復(fù)合帶材的交流損耗在低磁場環(huán)境中隨頻率增大而減小，但在高磁場環(huán)

3、境中交流損耗隨頻率增大先增大后減小。相位差等于90度時交流損耗最小，電流和磁場同相和反相時的交流損耗相等。磁性鐵磁基底對多層堆疊的超導(dǎo)帶材交流損耗的影響與單層帶材情況相似。
　　其次，研究了堆疊的超導(dǎo)復(fù)合帶材中的失超行為?？紤]材料參數(shù)與溫度之間的關(guān)系，結(jié)合熱傳導(dǎo)方程和麥克斯韋方程討論了超導(dǎo)帶材中的磁熱耦合行為。當(dāng)穩(wěn)定運(yùn)行的超導(dǎo)體受到局部熱擾動時，超導(dǎo)帶材的載流能力因產(chǎn)生的局部溫升而減小，帶材中的傳輸電流分流到銅穩(wěn)定層內(nèi)并產(chǎn)生焦耳熱