本文關(guān)鍵詞：高溫超導(dǎo)環(huán)型儲能磁體的電磁結(jié)構(gòu)分析與研究

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【摘要】：現(xiàn)今世界能量消耗巨大,尋找并使用新能源迫在眉睫。大容量,穩(wěn)定的超導(dǎo)磁儲能由此成為萬眾矚目的研究焦點。超導(dǎo)磁體作為儲能系統(tǒng)的核心部分,有螺管型,環(huán)型和組合型三種基本類型。隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展,儲能量為兆焦級的大容量環(huán)型磁體已越來越多的被設(shè)計研究。由于超導(dǎo)磁體運(yùn)行在大電流下會產(chǎn)生一定的漏磁場以及大的電磁力,這對磁體周圍的設(shè)備以及人身安全,甚至磁體本身都有較大危害。環(huán)型磁體的復(fù)雜結(jié)構(gòu)特性對環(huán)型磁體本身的磁場和電磁力造成很大影響。因此,探討環(huán)型磁體的結(jié)構(gòu)與漏磁大小和應(yīng)力分布的關(guān)系規(guī)律將有重要的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)意義。本文首先給出課題的研究背景及意義,接著對超導(dǎo)的基本性質(zhì)及超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)的構(gòu)成和原理進(jìn)行介紹,然后對環(huán)型磁體的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行說明。其次,給出環(huán)型磁體線圈的磁場分析理論基礎(chǔ)。詳細(xì)分析環(huán)型磁體的單元線圈和整體模型的磁場分布情況,并對有限元法和ANSYS有限元分析軟件進(jìn)行介紹。再次,利用ANSYS有限元軟件對儲能量為1MJ的單元線圈數(shù)目為4的環(huán)型磁體進(jìn)行漏磁場仿真,分析不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下的漏磁分布情況。具體包括分析環(huán)型磁體結(jié)構(gòu),選取超導(dǎo)帶材,建立磁體模型,剖分網(wǎng)格,計算和加載電流密度,求解磁體在不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)取值下的漏磁場。根據(jù)仿真結(jié)果分析磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布規(guī)律,給出磁體在不同半徑及高度參數(shù)時漏磁場的規(guī)律變化圖。然后,利用順序耦合法進(jìn)行磁體的電磁結(jié)構(gòu)耦合分析,探討環(huán)型磁體的結(jié)構(gòu)參數(shù)與應(yīng)力分布的關(guān)系。具體包括磁體的受力分析,支撐結(jié)構(gòu)材料的選取,磁體和支撐結(jié)構(gòu)模型的建立,網(wǎng)格剖分及電磁力文件的加載,最終求解得到結(jié)構(gòu)參數(shù)不同時的應(yīng)力分布。根據(jù)仿真結(jié)果分析磁體的危險區(qū)域,給出磁體半徑及高度變化時應(yīng)力分布的規(guī)律。最后,對磁體進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析。將擁有較小漏磁和應(yīng)力的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行組合,得到若干方案,對若干組方案進(jìn)行漏磁和應(yīng)力的仿真,對比分析磁體結(jié)構(gòu)參數(shù)與漏磁場,應(yīng)力分布的關(guān)系,得出較好方案和期望結(jié)果。
【關(guān)鍵詞】：高溫超導(dǎo)環(huán)型儲能磁體 漏磁場 電磁結(jié)構(gòu) ANSYS有限元仿真
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM26
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-14
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 超導(dǎo)體的基本性質(zhì)10-11
• 1.2.1 超導(dǎo)態(tài)與臨界參數(shù)10
• 1.2.2 超導(dǎo)體的分類10-11
• 1.3 超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)簡介11-12
• 1.4 高溫超導(dǎo)環(huán)型儲能磁體的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.5 論文主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排13-14
• 2 高溫超導(dǎo)環(huán)型儲能磁體的磁場理論分析14-21
• 2.1 環(huán)型磁體單元線圈磁場的理論分析14-17
• 2.2 環(huán)型磁體磁場分布的理論分析17-19
• 2.3 有限元分析方法與ANSYS軟件19-20
• 2.3.1 有限元分析方法簡介19-20
• 2.3.2 ANSYS有限元軟件介紹20
• 2.4 小結(jié)20-21
• 3 高溫超導(dǎo)環(huán)型儲能磁體的漏磁場分析21-36
• 3.1 環(huán)型磁體結(jié)構(gòu)與高溫超導(dǎo)帶材的選擇21-23
• 3.1.1 環(huán)型磁體的結(jié)構(gòu)分析21
• 3.1.2 環(huán)型磁體超導(dǎo)帶材的選擇21-23
• 3.2 磁體幾何模型的建立23-25
• 3.3 網(wǎng)格剖分與電流密度的加載25-28
• 3.3.1 環(huán)型磁體的網(wǎng)格剖分25-27
• 3.3.2 環(huán)型磁體電流密度的計算和加載27-28
• 3.4 環(huán)型磁體在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下的漏磁場仿真分析28-35
• 3.5 小結(jié)35-36
• 4 高溫超導(dǎo)環(huán)型儲能磁體的電磁結(jié)構(gòu)耦合分析36-45
• 4.1 環(huán)型磁體的耦合分析方法和磁體受力分析36-38
• 4.1.1 磁場和結(jié)構(gòu)場耦合分析方法的確定36
• 4.1.2 環(huán)型磁體受力分析36-38
• 4.1.3 應(yīng)力以及支撐結(jié)構(gòu)材料的判定標(biāo)準(zhǔn)38
• 4.2 磁體支撐結(jié)構(gòu)材料的選擇38-39
• 4.3 帶有支撐結(jié)構(gòu)的環(huán)型磁體幾何模型的建立39-40
• 4.4 網(wǎng)格剖分與電磁力的加載40-41
• 4.5 環(huán)型磁體在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下的耦合仿真分析41-44
• 4.6 小結(jié)44-45
• 5 高溫超導(dǎo)環(huán)型儲能磁體的電磁結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析45-56
• 5.1 不同參數(shù)組合方案的磁場仿真45-48
• 5.2 不同參數(shù)組合方案的耦合仿真48-52
• 5.3 磁體結(jié)構(gòu)參數(shù)方案的優(yōu)化對比分析52-55
• 5.4 小結(jié)55-56
• 結(jié)論56-58
• 致謝58-59
• 參考文獻(xiàn)59-62
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果62

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：965285