超導(dǎo)股線輸運(yùn)機(jī)制及高溫超導(dǎo)電纜力-電-熱性能研究.pdf

1、分類號(hào)：分類號(hào)：密級(jí)：密級(jí)：公開公開研究生學(xué)位論文論文題目（中文）論文題目（中文）超導(dǎo)超導(dǎo)股線輸運(yùn)機(jī)制股線輸運(yùn)機(jī)制及高溫超導(dǎo)高溫超導(dǎo)電纜電纜力電熱性能性能研究研究論文題目（外文）論文題目（外文）StudiesonthetransptmechanismofsuperconductingstrmechanicalelectrothermalperfmanceofHTSCICC研究生姓名研究生姓名他吳睿他吳睿學(xué)科、專業(yè)學(xué)科、專業(yè)力學(xué)力學(xué)固體力

2、學(xué)固體力學(xué)研究方向研究方向電磁固體力學(xué)電磁固體力學(xué)與智能結(jié)構(gòu)與智能結(jié)構(gòu)學(xué)位級(jí)別學(xué)位級(jí)別博士導(dǎo)師姓名、職稱導(dǎo)師姓名、職稱高原文高原文教授教授論文工作論文工作起止年月起止年月2013年9月至2016年6月論文提交日期論文提交日期2016年6月論文答辯日期論文答辯日期2016年6月學(xué)位授予日期學(xué)位授予日期2016年6月校址：甘肅省蘭州市校址：甘肅省蘭州市I超導(dǎo)超導(dǎo)股線輸運(yùn)機(jī)制及股線輸運(yùn)機(jī)制及高溫超導(dǎo)高溫超導(dǎo)電纜的電纜的力電熱性能性能研究研究摘

3、要超導(dǎo)磁體系統(tǒng)是國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆中托克馬克裝置的重要組成部分。超導(dǎo)磁體性能（臨界電流、臨界溫度等）的優(yōu)劣是影響磁體系統(tǒng)的安全運(yùn)行和托卡馬克裝置內(nèi)等離子體穩(wěn)定流動(dòng)的關(guān)鍵因素。在實(shí)際工況下（極低溫，高電流，強(qiáng)磁場(chǎng)），超導(dǎo)磁體受到強(qiáng)電磁力，熱載荷以及超流體（液氦）的作用而發(fā)生變形，振蕩和擠壓，導(dǎo)致其超導(dǎo)性能發(fā)生明顯的退化。本學(xué)位論文通過對(duì)超導(dǎo)股線的電流流動(dòng)模式、應(yīng)變依賴性、電流的退化和力電耦合性能的研究以期對(duì)超導(dǎo)股線的輸運(yùn)機(jī)制和輸運(yùn)性能退化

4、機(jī)理提供合理解釋。此外，具有極高超導(dǎo)電性的高溫超導(dǎo)電纜的設(shè)計(jì)和研究已成為目前國(guó)際應(yīng)用超導(dǎo)領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究之一，本論文將對(duì)高溫超導(dǎo)電纜的力電熱特征展開建模與仿真，以期對(duì)電纜的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論支撐和參考。首先，基于接觸電阻和有效電阻模型，本文建立了多絲復(fù)合超導(dǎo)股線的三維有限元模型。分析了電流在超導(dǎo)股線中的橫向和縱向流動(dòng)特征，并計(jì)算了超導(dǎo)股線處在交流磁場(chǎng)內(nèi)產(chǎn)生的交流損耗。討論了外部磁場(chǎng)幅值和超導(dǎo)絲絞扭長(zhǎng)度對(duì)交流損耗的影響。計(jì)算結(jié)果顯示:接觸電阻

5、對(duì)超導(dǎo)股線內(nèi)部電流的流動(dòng)具有明顯的作用；交流損耗隨磁場(chǎng)幅值和絞扭長(zhǎng)度的增加而增加。其次，將超導(dǎo)股線的軸向應(yīng)變通過超導(dǎo)體的非線性電磁本構(gòu)關(guān)系代入Maxwell方程，建立了適用于強(qiáng)電流，高磁場(chǎng)工作環(huán)境下的超導(dǎo)股線的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)輸運(yùn)模型。對(duì)所提出的計(jì)算模型分別采用攝動(dòng)法，有限元法進(jìn)行了求解，得出了在應(yīng)變作用下超導(dǎo)股線的電磁分布特征，計(jì)算了超導(dǎo)股線輸運(yùn)交流電時(shí)產(chǎn)生的交流損耗，討論了應(yīng)變、電磁本構(gòu)關(guān)系中的指數(shù)n以及交流電幅值對(duì)輸運(yùn)電流及交流損耗的影

6、響。再次，本文對(duì)超導(dǎo)股線的力電耦合特性展開了更進(jìn)一步的研究。將超導(dǎo)股線的金屬基體和超導(dǎo)纖絲分別考慮為彈塑性材料和脆性材料，計(jì)算了超導(dǎo)股線在拉伸和彎曲作用下的力學(xué)響應(yīng)。該模型中，金屬基體的電磁本構(gòu)關(guān)系遵循歐姆定律，而超導(dǎo)纖絲遵循指數(shù)律。通過國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆中使用的定標(biāo)率將應(yīng)變分布代入磁場(chǎng)控制方程，計(jì)算了超導(dǎo)股線電磁分布特征。結(jié)果顯示：金屬基體的塑性變形和超導(dǎo)纖絲的幾何構(gòu)型對(duì)超導(dǎo)股線的應(yīng)變和電流分布有顯著影響。還討論了洛倫茲力和拉力共同作