不同外磁场中高温超导块材悬浮特性实验研究

发布时间：2017-10-27 05:27

  本文关键词：不同外磁场中高温超导块材悬浮特性实验研究

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【摘要】：高温超导块材独特的零电阻、迈斯纳效应和磁通钉扎特性,使它能够在外磁场中实现无需能量输入的自稳定悬浮。磁场是研究物理现象和机理的重要工具,目前,国内外在永磁体或永磁导轨产生的磁场中,对高温超导块材的静态、动态悬浮特性开展了大量的实验和理论研究,在一定程度上揭示了超导磁悬浮系统主要的力学特征和动态响应规律。然而,在高温超导体的超导机制还不甚清晰的前题下,对不同外磁场中高温超导块材的悬浮特性进行研究,有助于加深对高温超导体的超导机制及高温超导块材与外磁场相互作用机理的理解。目前,对于高温超导磁悬浮系统悬浮特性的研究,大多是以永磁体或永磁导轨产生的磁场作为磁源,超导块材的悬浮性能受到永磁体或永磁导轨磁场强度、位形等的制约。近几年,随着超导磁体技术的不断发展,可供科学研究使用的磁场强度不断增强,在超导磁体强磁场中研究高温超导块材的悬浮性能逐渐成为一个新的研究方向。本论文在单块悬浮力测试装置、高温超导磁浮车测试系统和可控直冷式超导磁体强磁场悬浮特性测试平台上,采用实验方法对比研究在永磁体、永磁导轨和超导磁体磁场中高温超导块材的悬浮特性。首先,研究了不同初始冷却条件、不同工作高度和场冷高度下,高温超导块材在永磁体磁场中的悬浮力和悬浮力弛豫特性以及不同排布的高温超导块材在永磁导轨磁场中的悬浮力特性。然后,将磁化高温超导块材引入磁悬浮系统中,研究在超导磁体稳态磁场中以不同退磁速度和磁化强度场冷形成的磁化高温超导块材,在永磁体磁场中的悬浮力和悬浮力弛豫特性。最后,将强磁场这一极端条件用于磁悬浮系统悬浮特性的研究,对不同初始冷却条件下的高温超导块材,在超导磁体梯度变化低磁场、强磁场中的悬浮力特性进行了研究。并研究了超导块材在超导磁体强度变化的动态变化磁场中的悬浮力和悬浮力弛豫特性,揭示了高温超导块材在常规永磁体磁场中无法观察到的一些新的物理现象和特征,为未来高温超导磁悬浮系统走向更广泛的应用提供了一定的实验依据。研究发现,在永磁体磁场中,场冷超导块材的极性与永磁体的极性方向会对超导块的受力产生很大影响。极性方向相同时,超导块在整个测试过程中都受到悬浮力,超导块受到的最大悬浮力和磁滞随着场冷高度的降低而增加；极性方向相反时,超导块在测试过程中会受到吸引力,超导块在工作高度处受到的力随着场冷高度的降低而减小,而磁滞随着场冷高度的降低而增大；经过场冷处理后,高温超导块材的悬浮力随时间的衰减加快,随着场冷高度的增加,悬浮力的衰减趋势减小。在永磁导轨磁场中,通过对三种不同排布下高温超导块材的悬浮力测试,指出高温超导块材的排布、工作高度、冷却方式、场冷高度以及外部永磁导轨的磁场分布等,都会对磁悬浮系统的悬浮特性产生影响。在将磁化高温超导块材引入磁悬浮系统的研究中,得到超导磁体磁场的退磁速度和磁化强度都会对磁化高温超导块材悬浮特性产生影响。磁化高温超导块材的最大悬浮力随着退磁速度的增加而降低,随着磁化强度的增加而增大,但当励磁电流大于30A时,观察到悬浮力基本达到饱合,不再随励磁电流的增加而增大；磁化高温超导块材的悬浮力衰减随着磁化电流的增加而加快,随着工作高度的提高而降低。在超导磁体梯度变化磁场中的研究发现,磁场梯度对悬浮力的影响大于磁场强度对悬浮力的影响,磁场强度较低时,随着超导块材运动次数的增加,运动次数对悬浮力的影响可以忽略；在超导磁体强度变化磁场中的研究发现,随着外磁场强度的变化,超导块材表现出一系列新颖的悬浮行为。在不完全穿透的情况下,外磁场的升降导致超导块材出现完全不同的悬浮行为；而在完全穿透的情况下,超导块悬浮力的变化趋势表现出随升场和降场呈沿着Y轴的反向对称性。通过对不同强度超导磁体磁场中高温超导块材悬浮力弛豫特性的研究,得到在超导磁体强磁场中,采用在预加载的过程中设置一个额外的磁循环过程,可以使超导块的悬浮力弛豫得到较好的缓减,同时,有效悬浮力又不会受到太大抑制。
【关键词】：高温超导块材 磁化高温超导块材 超导磁体 强磁场 梯度变化磁场 强度变化磁场 悬浮特性
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM26
【目录】：

• 中文摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-34
• 1.1 引言13-14
• 1.2 高温超导材料14-18
• 1.3 高温超导磁悬浮系统的悬浮原理及特点18-20
• 1.4 高温超导块材悬浮性能研究现状与进展20-32
• 1.5 本论文的主要研究内容及创新点32-34
• 第2章 实验平台与测试方法34-42
• 2.1 实验平台34-38
• 2.1.1 单块悬浮力测试装置34-35
• 2.1.2 高温超导磁浮车测试系统35-36
• 2.1.3 超导磁体强磁场悬浮特性测试平台36-37
• 2.1.4 高温超导块材37-38
• 2.2 实验测试方法38-40
• 2.3 本章小结40-42
• 第3章 高温超导块材在永磁体磁场中的悬浮特性研究42-71
• 3.1 永磁体磁场结构42-45
• 3.1.1 圆柱形永磁体磁场42-43
• 3.1.2 永磁导轨磁场43-45
• 3.2 高温超导块材在永磁体磁场中的悬浮特性研究45-55
• 3.2.1 工作高度对超导块材悬浮力的影响47-50
• 3.2.2 场冷高度对超导块材悬浮力的影响50-51
• 3.2.3 场冷高度和工作高度对超导块材悬浮力弛豫的影响51-55
• 3.3 高温超导块材在永磁导轨磁场中的悬浮力性能研究55-69
• 3.3.1 永磁导轨磁场的数值研究55-59
• 3.3.2 永磁导轨磁场中高温超导块材的悬浮特性59-63
• 3.3.3 真空管道高温超导磁浮车系统63-69
• 3.4 本章小结69-71
• 第4章 磁化高温超导块材在永磁体磁场中悬浮特性研究71-84
• 4.1 高温超导块材的磁化原理和磁化方式71-72
• 4.2 外磁场退磁速度对磁化高温超导块材悬浮力的影响72-75
• 4.3 外磁场磁化强度对磁化高温超导块材悬浮特性的影响75-82
• 4.3.1 磁化高温超导块材悬浮力特性研究75-78
• 4.3.2 磁化高温超导块材悬浮力弛豫特性研究78-82
• 4.4 本章小结82-84
• 第5章 高温超导块材在动态变化磁场中的悬浮特性研究84-112
• 5.1 超导磁体变化磁场84-87
• 5.1.1 超导磁体梯度变化磁场85-86
• 5.1.2 超导磁体强度变化磁场86-87
• 5.2 梯度变化磁场中高温超导块材的悬浮力特性研究87-98
• 5.2.1 低磁场中高温超导块材的悬浮力特性89-96
• 5.2.2 强磁场中高温超导块材的悬浮力特性96-98
• 5.3 强度变化磁场中高温超导块材的悬浮力特性研究98-105
• 5.4 不同强度磁场中高温超导块材的悬浮力弛豫特性105-107
• 5.5 改善超导块材悬浮力弛豫的方法107-110
• 5.6 本章小结110-112
• 结论112-115
• 致谢115-116
• 参考文献116-135
• 攻读博士学位期间发表的论文及科研成果135-136

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 朱敏,任仲友,王素玉,王家素,江河;YBaCuO超导块的厚度和形状对其悬浮力的影响[J];低温物理学报;2002年03期

2 张亚莉;赵勇;宋宏海;;强钉扎高温超导体与永磁体系统的悬浮力数值模型[J];低温物理学报;2006年01期

3 肖玲,任洪涛,焦玉磊,郑明辉;YBCO超导块的磁浮力及其测量[J];低温物理学报;1999年04期

4 岑冀娜;王家素;宋宏海;郑s，

本文编号：1102126