MJ級高溫超導(dǎo)儲能磁體機(jī)械特性研究.pdf

1、隨著以YBCO為代表的第二代高溫超導(dǎo)材料制備技術(shù)及工藝的日趨成熟，高溫超導(dǎo)帶材性能也不斷提高，同時(shí)其價(jià)格逐步降低，為高溫超導(dǎo)磁體的實(shí)際應(yīng)用提供了更加廣闊的前景，因?yàn)楦邷爻瑢?dǎo)儲能系統(tǒng)相比于低溫超導(dǎo)儲能系統(tǒng)的運(yùn)行溫度更高，能很大程度上減小制冷系統(tǒng)的復(fù)雜程度以及制冷成本。相比于BSCCO帶材，YBCO各向異性弱，在液氮溫區(qū)和高磁場下有更好的載流性能，是設(shè)計(jì)中大型儲能磁體的良好選擇。而單根帶材的載流能力有限，設(shè)計(jì)中大型儲能磁體時(shí)通常為了保證磁體

2、電感不能太大而增加磁體響應(yīng)時(shí)間需要使用多根超導(dǎo)帶材復(fù)合而成的帶材。儲能磁體的設(shè)計(jì)需要綜合考慮電磁特性、機(jī)械特性、熱穩(wěn)定性等才能保證磁體的工作性能。本文基于不同復(fù)合導(dǎo)體對儲能磁體進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化，分析了平衡狀態(tài)下磁體的機(jī)械特性，提出了磁體結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施，主要工作如下:
　　首先，本文介紹了基于YBCO材料的高溫磁體設(shè)計(jì)中的磁場、電磁力以及應(yīng)力應(yīng)變的計(jì)算方法，介紹了商用有限元分析軟件ANSYS，重點(diǎn)介紹了其強(qiáng)大的電磁-結(jié)構(gòu)耦合功能，提出

3、了磁體設(shè)計(jì)及其相關(guān)問題的處理途徑，為磁體設(shè)計(jì)工作提供了一個基礎(chǔ)參考。
　　其次，分析了幾種不同類型帶材和復(fù)合導(dǎo)體用于繞制高溫超導(dǎo)儲能磁體的可能性及其優(yōu)劣，設(shè)計(jì)了由四層YBCO帶材組成的CORC型復(fù)合導(dǎo)體，根據(jù)已有數(shù)據(jù)計(jì)算得到了該導(dǎo)體的I-B曲線。
　　第三，以磁體的電磁設(shè)計(jì)為核心，以節(jié)約超導(dǎo)材料和減小電磁力為目標(biāo)進(jìn)行了磁體的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。利用MATLAB優(yōu)化工具箱和ANSYS磁場計(jì)算模塊聯(lián)合優(yōu)化的方式，給出了基于ROEBEL導(dǎo)