高速无刷双馈超导电机过冷液氮降温冷却过程研究

发布时间：2017-09-29 18:06

  本文关键词：高速无刷双馈超导电机过冷液氮降温冷却过程研究

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【摘要】：高速无刷双馈超导电机在舰船电力推进等领域具有非常广阔的应用前景。本文以高温超导电机的研制为背景,对低温恒温器的漏热量进行了计算,同时对高温超导电机的冷却降温过程和负荷加载过程的进行了研究。对低温恒温器来说,确定漏热量是系统安全稳定运行的前提,因此正确计算出其漏热量对系统安全稳定运行具有重要意义。本文给出了低温恒温器漏热的计算方法,确定了系统的漏热量,并根据低温冷箱的冷却能力,判断低温冷箱能否满足高温超导电机的冷却要求。高温超导电机的冷却降温过程是将高温超导电机从室温的293K冷却到67K,在冷却过程中,分为开式循环阶段和闭式循环阶段,而从室温冷却到67K的低温状态所用的时间与入口流量密切相关,为了确定最好的冷却降温方案,通过CFX软件对冷却降温过程的温度场进行了数值模拟。由开式循环的模拟结果可以看出,冷却的时间随入口流量的增加而减少;由闭式循环的模拟结果可以得到,在一定的流量范围内,冷却的时间随入口流量的增加而减少,流量增加到某一值时,冷却的时间基本不变。在综合考虑各种因素后,提出了在开式循环过程中选择入口流量为9.5L/min,在闭式循环过程中选择入口流量为7.5L/min的冷却方案。高温超导电机的负荷加载过程中的交流损耗引发超导线圈温度升高,导致高温超导线圈附近的液氮温度升高,因此数值模拟负荷加载阶段的超导线圈的温度场对高温超导电机的安全稳定运行具有重要意义。通过CFX软件数值模拟在某一流量下,负荷与超导线圈最高温度之间的关系;同时研究负荷在20W至40W之间时,超导线圈上的温度不超过77K时所对应的过冷液氮的流量值,最后得出负荷与流量之间的关系,这一规律为负荷加载过程中的流量调节提供了依据。
【关键词】：高温超导电机 过冷液氮 降温冷却
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM359.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 课题来源9
• 1.2 课题研究的背景和意义9-11
• 1.3 国内外研究现状及分析11-19
• 1.3.1 高温超导电机国内外研究现状11-14
• 1.3.2 液氮冷却系统国内外研究现状14-19
• 1.4 主要研究内容19-20
• 第2章 低温恒温器漏热的计算方法20-30
• 2.1 引言20
• 2.2 过冷液氮循环冷却流程20-21
• 2.3 低温冷箱21-24
• 2.4 低温恒温器漏热计算方法24-28
• 2.4.1 电流引线漏热24
• 2.4.2 沿内外筒漏热24-25
• 2.4.3 辐射漏热25-28
• 2.5 低温冷箱冷却能力的确定28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 高温超导电机冷却降温过程模拟30-49
• 3.1 引言30
• 3.2 控制方程及湍流计算模型30-31
• 3.2.1 控制方程30-31
• 3.2.2 湍流模型31
• 3.3 简化物理模型31-32
• 3.4 网格数量计算32-33
• 3.5 超导材料和冷却工质的低温物性33-38
• 3.5.1 高温超导材料的低温物性33-35
• 3.5.2 低温工质的物性35-38
• 3.6 高温超导电机降温过程模拟38-44
• 3.6.1 高温超导电机降温流程38
• 3.6.2 计算条件38-39
• 3.6.3 模拟结果及分析39-44
• 3.7 入口流量的选择44-48
• 3.8 本章小结48-49
• 第4章 负荷加载阶段温度模拟49-62
• 4.1 引言49
• 4.2 负荷加载阶段热负荷49-51
• 4.2.1 焦耳热49
• 4.2.2 交流损耗49-51
• 4.2.3 热负荷的确定51
• 4.3 负荷加载阶段约束51
• 4.4 控制方程及湍流计算模型51-53
• 4.4.1 控制方程52
• 4.4.2 湍流计算模型52-53
• 4.5 负荷加载阶段数值模拟53-60
• 4.5.1 计算条件53
• 4.5.2 模拟结果及分析53-60
• 4.6 本章小结60-62
• 结论62-63
• 参考文献63-68
• 致谢68

【参考文献】

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本文编号：943439