傳導冷卻高溫超導儲能磁體的電磁熱綜合分析.pdf

1、傳導冷卻高溫超導磁體系統(tǒng)具有維護方便、輕便和緊湊、安全性好、效率高等諸多優(yōu)點，正在從初期的低電流小型實驗用磁體系統(tǒng)，向實用化的磁體系統(tǒng)發(fā)展。隨著高溫超導線材性能的提高和價格的降低，傳導冷卻的高溫超導磁體系統(tǒng)具有廣闊的應用前景。 本文構造了高溫超導儲能磁體在各種運行狀態(tài)的計算模型，基于電磁場、應力場和溫度場理論，綜合分析了傳導冷卻的高溫超導儲能磁體的電磁特性，機械特性和熱穩(wěn)定性。具體作了以下幾方面的工作： 1. 完成了高溫

2、超導儲能磁體的電磁概念設計，分別對磁體的螺管型和環(huán)型結構進行了研究，對不同磁體結構進行優(yōu)化并對優(yōu)化結果進行比較；對儲能容量在10 MJ 以下的磁體的應力分布和雜散場狀況進行比較；比較了層繞式和餅式兩種不同繞制方式的磁體的磁場特性。 2. 分別對高溫超導磁體中高溫超導體產(chǎn)生的交流損耗和導冷結構中常態(tài)導體的渦流損耗進行了研究，綜述了高溫超導體交流損耗模型，提出了高溫超導儲能磁體的交流損耗計算方法，分析了儲能磁體交流損耗各分量隨直流幅

3、值的變化關系；計算了磁體導冷結構各部分的渦流損耗，提出了有效減小渦流損耗的導冷片結構。 3. 建立了高溫超導儲能磁體在熱擾動下的模型，仿真了磁體在熱擾動幅值和持續(xù)時間變化下磁體的熱響應，比較了局部出現(xiàn)多點擾動下磁體的熱響應，提出了改進磁體熱穩(wěn)定性的方法；建立了高溫超導儲能磁體在直流背場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，分析了導冷結構的改善對磁體熱穩(wěn)定性影響；針對兩種不同導冷結構模型，仿真了磁體在過

4、電流下磁體的響應和恢復特性，并對兩種結果進行比較。 4. 在對磁體電磁設計、損耗分析和熱穩(wěn)定性研究的基礎上，探索了高溫超導儲能磁體的綜合優(yōu)化問題，提出了二次優(yōu)化的概念，并給出了一個磁體優(yōu)化實例，對優(yōu)化前后結果進行比較，優(yōu)化后效果顯著。 5. 分析了35kJ磁體在直流運行狀態(tài)的電磁特性，計算了磁體在進行功率交換時高溫超導體的交流損耗和導冷結構中的渦流損耗，仿真了磁體功率交換時磁體內(nèi)部溫度場分布，并與實驗結果進行比較，驗證了