高温超导体交变磁场下的特性及其螺管磁体的结构优化研究

发布时间：2017-08-30 21:47

  本文关键词：高温超导体交变磁场下的特性及其螺管磁体的结构优化研究

  更多相关文章： Comsol 温升特性 交流损耗 非线性遗传算法 均匀度 杂散场

【摘要】：高温超导磁体在实际中能否安全运行和大量投入使用,其热稳定性起着关键作用。而作为影响磁体热稳定性的重要方面,研究超导磁体运行过程中出现的交流损耗和热传导特性就显得十分有意义。由于高温超导材料十分昂贵,使得在制作高温超导磁体时,应尽量减少材料用量来降低超导体的制作成本以提高其运行的经济性。故针对超导磁体运行过程中的交流损耗和热传导特性问题,本文对YBCO高温超导体在超导态运行中的电磁特性、温升特性及交流损耗进行数值仿真研究；针对超导磁体的制作成本和运行中的经济性问题,本文对YBCO高温超导带材绕制的三种结构类型的螺管磁体进行电磁结构优化设计研究。本文首先介绍超导体的基本知识及其在国内外的研究现状与应用、电磁场分析基础、大型有限元仿真软件Comsol特性以及适用于超导磁体电磁结构优化的几种常用优化算法。然后,基于Comsol软件的多物理场耦合特性,引入其中的AC/DC模块和热传导模块,建立了高温超导体的电磁-热相耦合的数值计算模型。利用此数值计算模型,研究了不同频率、不同交变外磁场激励下,对处于液氮温度下的高温超导的的电磁特性和温升特性进行实时模拟仿真,并分析其处于交变磁场中的交流损耗特性,为超导体安全稳定运行,避免超导体失超提供了一定的参考。最后,基于螺管线圈简单的结构,较高的材料利用率以及广泛应用等优点,引入全局搜索能力较强的遗传算法和局部搜索能力较强的非线性规划算法相结合的非线性规划遗传算法对三种不同结构类型的螺管磁体进行电磁结构优化,使其在满足一定的磁场要求下,达到最少的带材用量,以节约超导磁体的制作成本、提高其经济性。同时比较分析了结构优化前后三种螺管磁体DSV区域的均匀度和杂散场分布,这对超导磁体在实际中的设计具有一定的指导意义。
【关键词】：Comsol 温升特性 交流损耗 非线性遗传算法 均匀度 杂散场
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM26
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-19
• 1.1 引言13
• 1.2 超导体的基础知识13-15
• 1.2.1 超导体的基本特性13-14
• 1.2.2 超导体的临界值14
• 1.2.3 超导体的分类14-15
• 1.3 超导体的应用及在国内外的研究现状15-17
• 1.3.1 超导体的应用15-16
• 1.3.2 热传导和交流损耗的研究现状16
• 1.3.3 电磁优化的研究现状16-17
• 1.4 本课题的背景和意义17
• 1.5 本课题的主要内容17-19
• 第2章 高温超导体电磁特性及优化设计的理论和方法19-36
• 2.1 引言19
• 2.2 电磁场分析基础19-26
• 2.2.1 电磁场方程19-21
• 2.2.2 边界条件21-22
• 2.2.3 电磁本构关系22-26
• 2.3 Comsol软件简介26-30
• 2.3.1 Comsol模块设置26-27
• 2.3.2 部分模块简介27-29
• 2.3.3 基本建模过程29-30
• 2.4 优化设计算法简介30-35
• 2.4.1 模拟退火算法(SA)30-31
• 2.4.2 遗传优化算法(GA)31-32
• 2.4.3 序列二次规划法(SQP)32-33
• 2.4.4 粒子群优化算法(PSO)33-34
• 2.4.5 非线性规划算法34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 高温超导体在外磁场激励下的交流损耗和温升特性的数值仿真36-53
• 3.1 引言36
• 3.2 交流损耗及温升机理36-38
• 3.2.1 交流损耗36-37
• 3.2.2 温升机理37-38
• 3.3 高温超导体数值计算模型的建立38-41
• 3.4 数值模型仿真结果及分析41-52
• 3.4.1 电磁特性仿真结果及分析41-45
• 3.4.2 温度特性模拟结果及分析45-50
• 3.4.3 交流损耗特性模拟及分析50-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第4章 YBCO高温超导螺管磁体的优化设计53-64
• 4.1 引言53
• 4.2 螺管磁体优化设计的理论分析53-55
• 4.2.1 YBCO高温超导带材的电磁特性53-54
• 4.2.2 螺管线圈磁场的计算54-55
• 4.3 优化算法的选取及模型的建立55-59
• 4.3.1 优化算法的选取55-56
• 4.3.2 螺管磁体模型的建立56-59
• 4.4 螺管磁体优化设计的仿真结果及分析59-63
• 4.4.1 体积和DSV区域均匀度的结果及分析59-61
• 4.4.2 漏磁大小的结果及分析61-63
• 4.5 本章小结63-64
• 总结与展望64-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文72

【参考文献】

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1 胡立发,A.Sulpice,E.Mossang,李成山,纪平,吴怡芳,冯勇,张平祥,周廉;4.2K直流背景场下Bi2223超导带材的交流损耗[J];稀有金属材料与工程;2003年09期

2 胡立发,周廉,李成山,纪平,滕鑫康,王金星,张平祥,刘向宏;磁化法测量Bi2223/Ag高温超导带材的超低频交流损耗[J];低温物理学报;2000年06期

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4 堵益高;马勇虎;沈锦飞;;不同排列下高温超导带材交流损耗的仿真计算[J];低温与超导;2013年08期

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本文编号：761681