高温超导感应加热用主磁体的电磁优化设计及热稳定性研究

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高温超导感应加热技术能够在以铜铝为代表的低电阻率、非铁磁性金属透热处理过程中有效地提升从电能向热能的转化效率。高温超导磁体作为感应加热系统的核心组成部分,其电磁设计与热稳定性研究具有重要意义。  本论文主要进行如下三个方面的研究:  1.在超导-铁磁相互作用下、考虑背景磁场的要求、以超导带材使用量最小为目标进行高温超导主磁体的优化设计。通过磁路设计确定主磁体所需总磁动势,通过软件Matlab与Comsol进行有限元联合仿真计算电磁场分布及最优化问题的求解,并利用软件MagNet及ThermNet对优化结果进行验证,证明结果的有效性。  2.基于目前对于高温超导磁体热稳定性的研究成果,从“带材-磁体”两个维度来探索传导冷却YBCO高温超导主磁体内部热量产生、分布及热流传输特性的问题。  3.针对YBCO超导磁体,通过实验来研究传导冷却YBCO高温超导主磁体内部热量产生及温度分布情况,分析磁体在“励磁-稳态”过程中的温度变化及分布;测量了不同温度下超导磁体的临界电流值及电压变化情况;提出将稳定运行电流值与临界电流值之比作为“安全裕度”来衡量传导冷却磁体的热稳定性;还通过研究液氮浸泡磁体的温升分布确定热点位置,进而评估磁体的热稳定性。  本课题将为高温超导感应加热用主磁体的电磁优化设计和安全稳定运行提供理论及实验依据,进而对加速超导电力技术实用化进程产生积极影响,因此具有重要的科学研究价值和社会意义。
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