高温超导复合带材预应变下的热触发失超实验及数值研究
发布时间：2021-01-27 01:08
高温超导材料因其良好的载流性能和热稳定性而受到能源、电力、医疗及交通等众多领域的广泛青睐,目前已在高/低温混合超导磁体、故障限流器等超导结构中成功应用,未来有望应用于新一代大型磁约束托克马克装置中。在这些大型装置中,超导材料与结构在低温、大电流、高磁场等复杂环境下的运行稳定性和安全性是其应用中的基础与核心问题。超导失超是一种典型的电磁失稳现象,并伴随着复杂的温度、力学及电磁行为的演化和相互作用。在实际的应用中,如超导线圈绕制、降温冷却等过程中,往往不可避免地产生预应力/应变状态,因此开展超导材料与结构在预应变下的多场性能特别是失超过程中的多场行为与影响具有重要意义。本文针对高温超导带材预应变下的失超稳定性问题,其失超发生、传播及其预应变对力热行为的影响开展了实验和数值模拟的研究。首先,针对施加预应变的高温超导复合带材的失超实验,搭建了基于热触发失超的力-电加载和测试平台,可实现不同预应变加载以及热触发失超下电压、应变和温度的多点分布实时测量和监控。其次,基于搭建的测试平台开展了不同预应变下YBCO高温超导复合带材热触发下的失超行为实验研究。进行了失超触发、传播及其失超过程中超导带材内部...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同类型超导材料发现的年代及临界温度相对于低温超导材料，高温超导材料在工程实际中主要有三个方面的优势
学硕士研究生学位论文 高温超导复合带材预应变下的热触发失超实验及数超导材料拥有更高的上临界磁场，因此其在高磁场（>24 T）的磁体很大的优势。目前，在超导结构中使用的高温超导材料主要包括：生产的 Bi2223 超导带材，美国 Oxford Superconducting Technologyi2212 超导线材以及 SuperPower 公司和韩国 SuNAN 公司生产的 Re等[4,5]。温超导材料有着更加稳定的超导电性和更高的上临界磁场，可以克临界磁场有限的局限性，因而高温超导材料的应用范围更为广泛，i 系超导带材绕制了高温超导线圈，并通过该线圈实现了 25T 的磁场i2223 和 ReBCO 两种超导材料设计出了用于 NMR 的 1.3GHz 混合超国家高场实验室采用 ReBCO 超导带材绕制了内插超导线圈，并实现合超导磁体[7]，我国中科院电工所在近期成功研制出了 25T 以上的混。此外，近年来非绝缘（NI）超导线圈以及各种新型超导线圈的发明料的应用和市场价值推向了新的高度[9,10]。
比如在降温冷却过程中，超导线圈内部产生的横向应力会对材料的载流性能产生显著影响；而在高载流、强磁场运行环境下，材料将承受洛伦兹力的作用，致使材料局部应力超过其极限值进而导致结构承载能力与超导临界特性发生不可逆退化。超导体的三个临界参量：临界温度（Tc）临界电流（Ic）和临界磁场（Hc）可以形成一个如图 1-3 (a)所示的临界曲面，当各参数均在临界曲面之内时才可实现超导态，当其中一个参数超过其临界值，超导体就会失去超导特性，转变为正常态，这一现象即为失超。常见的失超主要包括过电流失超和过热失超两种形式。其中，过电流失超是指超导体所承载的电流超过其临界电流 Ic而引起的失超，而过热失超则是超导材料上局部温度升高超过其临界温度 Tc而引起的失超。超导复合材料往往包括超导部分、基体部分和其它加强部分等，当超导材料发生局部失超，超导部分的载流向基体和加强部分分流，产生焦耳热，当所产生的焦耳热超过耗散的热量时，温升区域进一步扩大，引起正常区的扩展，失超开始传播[13-15],如图 1-3 (b)。
本文编号：3002144
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同类型超导材料发现的年代及临界温度相对于低温超导材料，高温超导材料在工程实际中主要有三个方面的优势
学硕士研究生学位论文 高温超导复合带材预应变下的热触发失超实验及数超导材料拥有更高的上临界磁场，因此其在高磁场（>24 T）的磁体很大的优势。目前，在超导结构中使用的高温超导材料主要包括：生产的 Bi2223 超导带材，美国 Oxford Superconducting Technologyi2212 超导线材以及 SuperPower 公司和韩国 SuNAN 公司生产的 Re等[4,5]。温超导材料有着更加稳定的超导电性和更高的上临界磁场，可以克临界磁场有限的局限性，因而高温超导材料的应用范围更为广泛，i 系超导带材绕制了高温超导线圈，并通过该线圈实现了 25T 的磁场i2223 和 ReBCO 两种超导材料设计出了用于 NMR 的 1.3GHz 混合超国家高场实验室采用 ReBCO 超导带材绕制了内插超导线圈，并实现合超导磁体[7]，我国中科院电工所在近期成功研制出了 25T 以上的混。此外，近年来非绝缘（NI）超导线圈以及各种新型超导线圈的发明料的应用和市场价值推向了新的高度[9,10]。
比如在降温冷却过程中，超导线圈内部产生的横向应力会对材料的载流性能产生显著影响；而在高载流、强磁场运行环境下，材料将承受洛伦兹力的作用，致使材料局部应力超过其极限值进而导致结构承载能力与超导临界特性发生不可逆退化。超导体的三个临界参量：临界温度（Tc）临界电流（Ic）和临界磁场（Hc）可以形成一个如图 1-3 (a)所示的临界曲面，当各参数均在临界曲面之内时才可实现超导态，当其中一个参数超过其临界值，超导体就会失去超导特性，转变为正常态，这一现象即为失超。常见的失超主要包括过电流失超和过热失超两种形式。其中，过电流失超是指超导体所承载的电流超过其临界电流 Ic而引起的失超，而过热失超则是超导材料上局部温度升高超过其临界温度 Tc而引起的失超。超导复合材料往往包括超导部分、基体部分和其它加强部分等，当超导材料发生局部失超，超导部分的载流向基体和加强部分分流，产生焦耳热，当所产生的焦耳热超过耗散的热量时，温升区域进一步扩大，引起正常区的扩展，失超开始传播[13-15],如图 1-3 (b)。
本文编号：3002144
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