【摘 要】
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高温超导(HTS)磁悬浮列车的运行需外界磁场与高温超导体相互作用并利用磁通钉扎特性来提供悬浮力以及导向力;因此,外界磁场变化会影响悬浮力、导向力以及在运动方向产生影响。同时,外界磁场的变化也会导致高温超导体内部产生交流损耗和内部温度升高,过大的温升将影响高温超导体的稳定性。所以研究外界磁场变化对于高温超导体的电、磁、热等特性的影响对于磁悬浮列车的运行稳定性有重要的意义。目前,高温超导磁悬浮的动态特
【基金项目】
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四川省科研基金(合同号:2017JY0057,2018JY0003);
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高温超导(HTS)磁悬浮列车的运行需外界磁场与高温超导体相互作用并利用磁通钉扎特性来提供悬浮力以及导向力;因此,外界磁场变化会影响悬浮力、导向力以及在运动方向产生影响。同时,外界磁场的变化也会导致高温超导体内部产生交流损耗和内部温度升高,过大的温升将影响高温超导体的稳定性。所以研究外界磁场变化对于高温超导体的电、磁、热等特性的影响对于磁悬浮列车的运行稳定性有重要的意义。目前,高温超导磁悬浮的动态特性相关的研究主要关注外界磁场对于悬浮力以及导向力的影响,而外界磁场对于运行方向产生的影响很少被关注到。在本论文中为了研究外界磁场变化对于高温超导块材在运动方向的受力情况主要进行了下述研究工作:首先,为了研究变化外界磁场在超导磁浮运行方向产生的影响,通过铺设不同层数的硅钢片来实现不同程度的磁场波动从而实现环形永磁轨道的磁场不均匀性。在侧挂式磁浮原型车的动态运行实验中探究运行速度以及磁场波动程度对于运行方向产生的影响。其次,利用商业有限元分析软件建立三维模型计算外界磁场波动下高温超导块材在运动过程中的磁阻力瞬时值,从而进一步探究磁阻力产生的原因。最后,通过有限元软件的多物理场耦合功能将磁场与热场进行耦合计算,得到超导块材在波动外磁场环境下超导体内部的交流损耗以及温度分布,探究温升是否会影响超导体稳定性以及对磁阻力产生的影响。通过上述研究主要结论如下:(1)侧挂式高温超导磁浮原型车受到的磁阻力随着磁场波动剧烈程度和运动速度的增大而增大;(2)在磁阻力仿真中,设定悬浮高度不变,高温超导块材在进出磁场波动区域时会先后经历磁阻力及回复力,整个过程中所受平均阻力很小。过程平均阻力的变化依旧随速度增大而增大;(3)在交流损耗仿真中,高温超导块材在同一速度下随着外界磁场波动增大导致其内部交流损耗增大且温升更明显;当高温超导块材在同一外磁场环境下以不同速度运动时,其内部的瞬时交流损耗功率以及温升都是随运动速度的增加而增大。单位时间产生的交流损耗与运动速度以及磁场波动程度均是随着增大而增大。高温超导块材的温升区域主要出现在感应电流最大的区域,本仿真中的温升对于高温超导块材的稳定性影响有限。
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