面向復(fù)雜結(jié)構(gòu)高溫超導(dǎo)線的有限元模型研究.pdf

1、高溫超導(dǎo)線復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型如扭繞（Twist）、堆疊（Stack）、CICC（Cable In Conduit Conductor）、CORC（Conductor On Round Core）、Twisted Stack、Roebel等相比單根超導(dǎo)帶材結(jié)構(gòu)具有載流密度大、產(chǎn)生磁場高、結(jié)構(gòu)靈活性高等優(yōu)點(diǎn)，該類帶材在大型設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。此外，由于目前高溫超導(dǎo)材料生產(chǎn)制備還未突破千米級的技術(shù)瓶頸，且由于二代高溫超導(dǎo)材料的層狀結(jié)構(gòu)，使得其在應(yīng)用

2、中的接頭制備技術(shù)成為目前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　為更好地探索復(fù)雜結(jié)構(gòu)超導(dǎo)線纜以及超導(dǎo)接頭的電磁特性，本文將著重從數(shù)值模擬的角度對其進(jìn)行探討。而隨著商業(yè)仿真軟件的快速發(fā)展，針對簡單超導(dǎo)材料的仿真研究已經(jīng)相對比較成熟，常用的數(shù)值模擬方法分為有限元分析法、場-路耦合小系統(tǒng)分析法、電力系統(tǒng)分析法三類。
　　在現(xiàn)有模型的基礎(chǔ)上，本文基于有限元商業(yè)軟件 COMSOL Multiphysics，從單根超導(dǎo)材料模型研究入手，搭建復(fù)雜結(jié)構(gòu)高溫

3、超導(dǎo)的三維有限元仿真模型。首先基于H方程搭建單根二代高溫超導(dǎo)帶材模型，將二維模型擴(kuò)展到三維，通過三維與二維模型仿真結(jié)果、理論計(jì)算結(jié)果對比，驗(yàn)證三維模型有效性。并在此基礎(chǔ)上，搭建多根超導(dǎo)帶材有限元仿真模型和銀擴(kuò)散法超導(dǎo)橋式接頭仿真模型，探索超導(dǎo)接頭制備工藝與接頭電阻、銀利用率、電流分布等參數(shù)的關(guān)系，為實(shí)際接頭制備提供指導(dǎo)意見。與此同時(shí)，本文針對目前在高磁場領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景的CORC結(jié)構(gòu)電纜進(jìn)行數(shù)值模擬，本文中基于場-路耦合建模方法搭建

4、三維仿真模型，研究CORC模型在自場條件下，改變各項(xiàng)參數(shù)如單層帶材數(shù)量、帶材層數(shù)、扭繞螺距等對模型臨界電流的影響。
　　超導(dǎo)橋式接頭仿真結(jié)果表明，接頭電阻與超導(dǎo)層厚度無關(guān)，與銀層厚度成正比關(guān)系，與超導(dǎo)帶材寬度和接頭長度成反比關(guān)系，且在變化相同面積時(shí)，長度的變化對接頭電阻的影響更大。CORC模型仿真結(jié)果表明，模型中單根帶材的臨界電流與單層帶材數(shù)量無關(guān)，與帶材層數(shù)和扭繞螺距成反比關(guān)系，且計(jì)算發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)帶材層數(shù)的變化對單根帶材的臨界電流影