高温超导电机中超导磁体线圈的冷却模拟及实验研究

摘要

伴随着高温超导材料的问世,超导技术的应用从原来的液氦温区上升到液氮的温区。高温超导电机作为超导技术领域中一项重要的应用得到了国内外科研院所的关注,它与传统的电机相比具有效率高,能耗少,体积小以及质量轻等特点。因此,高温超导电机具有很大的应用市场,也将是21世纪各国重要的科技攻关项目。
　　作为高温超导的研究热点之一,高温超导中过冷液氮的研究已经成为高温超导技术的一个重要研究方向。本文以哈尔滨工业大学低温与超导技术研究所和电磁与电子技术研究所的国际合作项目:轴-径向磁通高温全超导低速同步电机中的过冷氮冷却循环及高温超导线圈为对象进行了研究工作,主要内容如下:
　　给出了过冷氮的物性随温度的变化关系,确定了过冷氮循环中低温材料在63K-77K温度范围内的导热系数,并提出了超导线圈的等效导热系数的计算方法。
　　确定了过冷氮循环的流程,给出了循环中的真空绝热热负荷、电流引线热负荷及高温超导线圈交流损耗的计算方法。并根据循环的热负荷确定了过冷氮循环各点的状态参数。
　　建立了过冷液氮的流动模型。分别对不同流道形状、不同流道尺寸的超导线圈进行了温度场的模拟,同时改变线圈的排列形式,当浸泡在过冷液氮内的超导线圈数量分别为1个、2个和4个时,进行了线圈的温度场模拟,所得结果为超导线圈的制造提供了理论依据。
　　进行了过冷氮循环制冷系统制冷能力的测试实验,得到了过冷氮循环系统的降温曲线和制冷量随温度的变化曲线,证明了此过冷氮循环系统的制冷能力超过了循环的热负荷,能够满足超导电机的正常运行的需要。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 本文的主要研究内容

第2章 过冷氮循环系统中低温工质和材料的确定

2.1 引言

2.2 过冷氮的物理性质

2.3 过冷氮循环中低温材料的物性

2.4 超导线圈等效导热系数的计算

2.5 本章小结

第3章 过冷氮循环热负荷及状态点参数的确定

3.1 引言

3.2 过冷氮循环热负荷的计算

3.3 过冷氮循环中各点状态参数的确定

3.4 本章小结

第4章 高温超导线圈温度场的数值模拟

4.1 引言

4.2 数值模型的建立

4.3 流体的控制方程

4.4 湍流计算模型的建立

4.5 高温超导线圈温度场的数值模拟

4.6 本章小结

第5章 过冷氮循环系统负载能力的测试

5.1 引言

5.2 制冷能力测试实验的流程

5.3 测试系统的设备组成

5.4 测试数据结果及分析

5.5 本章小结

结 论

参考文献

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致谢