高温超导涂层导体接头结构的交流损耗研究

发布时间：2017-03-19 14:02

  本文关键词：高温超导涂层导体接头结构的交流损耗研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着二代高温超导涂层导体YBa_2Cu_3O_(7-x)(YBCO)的发展,YBCO由于自身所具有的高临界电流密度、高磁场条件下良好的电学属性和力学特性等优点被认为是当前工程应用中最具有发展前景的高温超导体之一。然而当前技术条件下很难制造出大长度的完整导体同时保证其电磁学和力学性能。因此为了延长YBCO涂层导体的长度使其满足工程应用当中的需求,不可避免的要涉及到接头结构的使用。超导装置应用条件较为苛刻,考虑到接头的使用会产生接头电阻,同时可能会导致导体传导电流能力的退化,接头的电磁学以及力学性能是值得关注的问题。目前针对接头结构的研究中主要关注的问题是接头的电阻和接头结构对于整体临界电流的影响、磁场对于接头的电磁学性能的影响、接头力学性能以及接头的交流损耗等。随着高温超导体数值仿真技术的不断发展,一种以磁场为变量的H方法已经广泛的应用到了研究超导线缆和磁体结构的电磁行为当中;为了对接头结构性能进行研究,对于接头的数值仿真将是一种研究接头性能便利且有效的方法。本文首先针对传统的搭接接头在自场传导下的交流损耗行为进行了三维建模。基于H方法和非线性的幂指数E-J关系,主要研究了接头的搭接长度和搭接段焊层厚度对于接头各部分交流损耗及其损耗分布的影响。结果显示接头的交流损耗密切依赖于其几何尺寸,主要表现为增加接头搭接长度和减小其焊接层厚度都在一定程度上能够减小接头结构整体的交流损耗,同时接头中的电流和损耗的分布规律也受到其几何尺寸的影响,并发现接头中的损耗在其搭接段端部有集中的趋势。搭接接头在实际应用当中,焊接质量并不一定能够得到很好的保证,在接头当中会存在一些虚焊区域,且由于在复杂的运行条件下,接头会受到一定的外载,在接头中可能会产生一些脱焊;两种缺陷都将对接头的性能产生影响。因此,本文对接头中的虚焊现象和边缘脱焊进行了研究,考虑了不同的虚焊区域尺寸、位置和边缘脱焊尺寸的影响。研究发现接头中的虚焊和脱焊行为都危害着其电磁性能,应当尽量避免接头中的虚焊,尤其是较大的虚焊的出现。其次,对于接头使用过程中,其边缘易产生脱焊的区域应当加以关注并优化,以减少边缘的脱焊的产生保证超导装置的稳定运行。
【关键词】：高温超导涂层导体 搭接接头 交流损耗 虚焊 脱焊
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM26
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 超导体发展历史简介9-11
• 1.2 高温超导涂层体的发展及其应用11-12
• 1.3 接头结构在高温超导体中的应用12-14
• 1.4 国内外针对接头结构电磁及力学行为相关研究14
• 1.5 本文主要研究内容14-16
• 第二章 高温超导基本理论16-26
• 2.1 超导体E-J本构关系16-18
• 2.2 H方法18-23
• 2.3 带材厚度扩大模型介绍与H方法有效性验证23-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 YBCO高温超导带材接头的电磁行为研究26-43
• 3.1 几何模型简化和网格优化26-29
• 3.2 结果与讨论29-41
• 3.2.1 搭接长度对于接头交流损耗的影响30-31
• 3.2.2 接头搭接长度对搭接部分损耗分布的影响31-32
• 3.2.3 接头搭接段各部分中的电流以及损耗的分布情况32-38
• 3.2.4 接头焊接层厚度对损耗的影响38-41
• 3.3 本章小结41-43
• 第四章 焊层缺陷对搭接接头结构电磁行为的影响43-59
• 4.1 几何模型介绍43-44
• 4.2 结果与讨论44-58
• 4.2.1 中心虚焊缺陷45-50
• 4.2.2 固定长度的虚焊缺陷处于接头焊层中不同位置50-54
• 4.2.3 边缘脱焊缺陷54-58
• 4.3 本章小结58-59
• 第五章 结论与展望59-62
• 5.1 结论59-60
• 5.2 展望60-62
• 参考文献62-69
• 在学期间的研究成果69-70
• 致谢70

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本文编号：256119