傳導(dǎo)冷卻高溫超導(dǎo)儲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?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)儲能磁體在各種運行狀態(tài)的計算模型，基于電磁場、應(yīng)力場和溫度場理論，綜合分析了傳導(dǎo)冷卻的高溫超導(dǎo)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(dǎo)儲能磁體的電磁概念設(shè)計，分別對磁體的螺管型和環(huán)型結(jié)構(gòu)進行了研究，對不同磁體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化并對優(yōu)化結(jié)果進行比較；對儲能容量在10 MJ 以下的磁體的應(yīng)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(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(guān)系；計算了磁體導(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(yīng)，比較了局部出現(xiàn)多點擾動下磁體的熱響應(yīng)，提出了改進磁體熱穩(wěn)定性的方法；建立了高溫超導(dǎo)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(yīng)，分析了導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)的改善對磁體熱穩(wěn)定性影響；針對兩種不同導(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，并對兩種結(jié)果進行比較。 4. 在對磁體電磁設(shè)計、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(jié)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(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磁體內(nèi)部溫度場分布，并與實驗結(jié)果進行比較，驗證了