复合超导磁体的稳定性研究

发布时间：2017-03-20 01:05

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【摘要】：超导磁体是用超导导线作励磁线圈的磁体,与普通线圈组成的磁体相比,超导磁体具有功耗小、体积小和稳定性高等优点。磁体的稳定性是其安全性能的重要指标之一,当前主要通过高热导率和电导率金属与超导体组合成复合导体来提高稳定性,但带来了如工作温度区小、热导率高、失超传播速度快和最小失超能小等问题,给高温超导磁体的稳定运行、失超检测和保护带来许多不便。尤其是近几年,无液氦导冷制冷技术逐渐取代传统的浸泡冷却方式,使用和维护更加方便、经济,但无液氦制冷导冷中超导磁体的低温稳定性比直接浸泡式差,这就要求超导磁体必须留有更大的温度裕度,这对超导磁体稳定性提出更为苛刻的要求。低温/高温复合超导导体的研究是当前超导领域的一个前沿课题,研究时间不长还不太成熟,低温/高温复合超导导体稳定性的研究工作还需要充实,复合超导磁体的研究还没有人涉及。本论文对低温超导体NbTi/Cu、Nb3Sn和高温超导体Bi2223/Ag、YBCO组合而成的复合超导导体及磁体的稳定性进行了仿真研究和实验测试。文中讨论了幂指数模型中不同n值及磁场对复合超导导体分流温度、绝热和动态稳定性判据的影响,推导出了复合超导导体的等效n值；对铺盖式和圆形截面式复合超导导体热扰动下的稳定性进行了二维数值模拟,并与传统低温超导导体进行比较。电流转移部分采用了幂指数模型和Bean模型,用Fortran语言编程计算,结果表明：在相同传输电流下,复合超导导体的分流温度、最小失超能,稳定性判据均较低温超导导体有明显的增幅。另外本文还较详细地给出了低温/高温复合超导磁体的设计与制作过程,并进行了复合磁体稳定性的实验测试与仿真计算,对复合超导磁体在不同温度下的临界电流、热扰及失超恢复、最小失超能和失超传播速度等方面做了分析与讨论,结果表明复合超导磁体的稳定性较低温超导磁体有大幅提高。这表明低温/高温复合超导磁体作为一种可能的低温超导磁体的替代品具有一定的实用性和潜在的商业价值。本文可以为ITER、MRI和NMR等磁体的失超检测与保护技术,尤其是无液氦制冷导冷技术提供参考。
【关键词】：低温/高温复合超导磁体 低温超导体 超导磁体 稳定性 临界电流
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM26
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 第1章 绪论15-23
• 1.1 课题的研究背景15-16
• 1.2 课题研究的目的和意义16-18
• 1.3 国内外研究现状18-22
• 1.4 论文的主要工作22-23
• 第2章 复合超导导体分流温度的研究23-40
• 2.1 引言23-24
• 2.2 NbTi/Cu与Bi2223/Ag复合超导导体分流温度的定量计算24-34
• 2.2.1 临界温度为9.5K的NbTi/Cu导体24-29
• 2.2.2 临界温度为6.5K的NbTi/Cu导体29-34
• 2.3 磁场对Nb_3Sn/Cu复合导体分流温度影响34-38
• 2.3.1 模型34
• 2.3.2 电流转移34-35
• 2.3.3 结果和讨论35-38
• 2.4 本章小结38-40
• 第3章 复合超导导体的二维传热特性40-54
• 3.1 引言40
• 3.2 NbTi/Cu复合超导导体热扰动下二维传热特性的定量计算40-46
• 3.2.1 热传导方程41-42
• 3.2.2 热容和热传导系数42-43
• 3.2.3 电流转移43-44
• 3.2.4 结果与讨论44-46
• 3.3 NbTi/Cu与YBCO涂层复合超导导体热稳定性的定量计算46-53
• 3.3.1 模型46-48
• 3.3.2 热力学参数随温度变化关系式48-49
• 3.3.3 电流转移49-50
• 3.3.4 计算结果和讨论50-53
• 3.4 本章小结53-54
• 第4章 复合超导导体稳定性判据的分析54-64
• 4.1 引言54
• 4.2 低温/高温复合超导导体的磁通跳跃的绝热稳定判据54-58
• 4.3 低温/高温复合超导导体的等效幂指数58-61
• 4.4 低温/高温复合超导导体的动态稳定性判据61-63
• 4.5 小结63-64
• 第5章 复合超导导体及磁体的设计与制作64-82
• 5.1 引言64
• 5.2 实验材料参数64-68
• 5.2.1 高温超导带材64-65
• 5.2.2 低温超导带材65-66
• 5.2.3 电阻温度计66-68
• 5.2.4 贴片电阻68
• 5.3 低温/高温复合磁体线圈设计68-72
• 5.3.1 线圈铜骨架的设计68-70
• 5.3.2 磁体线圈的电感70
• 5.3.3 磁体线圈的中心场强70-71
• 5.3.4 磁体线圈的引线设计71-72
• 5.4 低温/高温复合超导磁体的制作72-81
• 5.4.1 低温磁体线圈的制作72-77
• 5.4.2 低温/高温复合磁体线圈的制作77-81
• 5.5 本章小结81-82
• 第6章 复合导体超导磁体的稳定性仿真与实验研究82-101
• 6.1 引言82
• 6.2 实验设备与器材82-84
• 6.3 低温磁体与复合磁体热扰的仿真与实验分析84-100
• 6.3.1 临界电流84
• 6.3.2 热扰84-88
• 6.3.3 最小失超能88-91
• 6.3.4 失超传播速度91-96
• 6.3.5 扰动恢复96-100
• 6.4 小结100-101
• 第7章 结论与展望101-103
• 参考文献103-112
• 附录A 论文计算中的Fortran参考程序112-121
• A.1 分流温度112-114
• A.2 热传导方程114-118
• A.3 等效n值118-121
• 附录B 磁体实验中的CERNOX温度数据121-127
• 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果127-129
• 攻读博士学位期间参加的科研工作129-131
• 致谢131-133
• 作者简介133

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 王正道;王温泉;;Bi系2223高温超导带材力学性质[J];低温工程;2006年01期

2 张博;余运佳;王秋良;;高温超导磁体指数损耗分析[J];低温物理学报;2006年01期

3 周微微;王银顺;;低温/高温复合超导体的热稳定性的数值模拟研究[J];低温物理学报;2008年02期

4 ;Qualitative analysis on adiabatic and dynamic stability of LTS/HTS hybrid conductor with concentric configuration[J];Science China(Technological Sciences);2012年07期

5 侯炳林,朱学武;超导在受控核聚变能磁体工程研究中的应用概述[J];科学技术与工程;2005年06期

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本文编号：256883