【摘要】：高溫超導直流輸電技術具有體積小、重量輕、傳輸容量大、線路損耗小等優(yōu)勢,已經(jīng)成為長距離直流電力輸送的重要技術選擇之一。本文通過仿真計算不同結構的超導直流電纜在過電流狀態(tài)下的電流與溫度分布及正常運行狀態(tài)下的磁場分布,對電纜結構的選擇進行了分析,對超導電纜冷卻介質在波紋管恒溫器中的流動特性進行了仿真和分析。本文首先針對處于過電流狀態(tài)下的超導直流電纜,在MATLAB中建立超導電纜本體的電阻模型并在COMSOL中建立穩(wěn)態(tài)傳熱模型,通過程序調用實現(xiàn)兩者聯(lián)合仿真,計算出單流道型和雙流道型超導電纜在故障電流下的各層電流分布,使用電流數(shù)據(jù)計算出各層生熱率并將其寫入流固共軛傳熱瞬態(tài)模型,得到電纜本體的溫度分布,分析電纜銅骨架半徑和冷卻介質流速對超導電纜的超導層最高溫度大小的影響。在流體力學仿真計算基礎之上,在COMSOL中建立在波紋管中的k-ω液氮湍流模型,分析液氮在流道中流動時速度分量、壓力和湍流動能的分布。運用該湍流模型,分別計算了波紋管部分幾何參數(shù)、流速參數(shù)對流道出口入口壓力差的影響;運用湍流穩(wěn)態(tài)傳熱模型,分別計算分析了波高、波距和流速等參數(shù)對流道出口溫度的影響。計算并對比波紋管和光滑管的出口入口壓力差大小和出口溫度大小。最后建立單向型和雙向型超導直流電纜的二維模型,仿真得到不同結構下超導電纜的磁場分布。結合超導帶材的各向異性和超導帶材的磁場分布,對超導電纜的臨界電流進行仿真計算并繞制了超導電纜短樣,與仿真結果進行了對比。
【圖文】：

超導電纜可以依據(jù)絕緣層繞制位置的不同可以分為兩類：熱絕緣（Ｗａｒｍ逡逑Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ，邋ＷＤ）高溫超導電纜以及冷絕緣（Ｃｏｌｄ邋Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ，ＣＤ）高溫超導電纜。逡逑圖１－１為兩種超導電纜的結構示意圖。逡逑波紋管導件層絕熱層＊絕緣保斧層波紋管導體層電絕緣駕熱層保護層逡逑骨架，邋ｎ邋‘＂邋骨架｜丨邋ｎ邐■逡逑（ａ）熱絕緣邐（ｂ）冷絕緣逡逑圖１－１熱絕緣和冷絕緣高溫超導電纜結構示意圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ．邋１－１邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＷＤ邋ａｎｄ邋ＣＤ邋ＨＴＳ邋ｃａｂｌｅ逡逑２逡逑

導電纜的電絕緣層繞制在熱絕緣外層處于常溫工作環(huán)境中，熱絕緣相對冷絕緣來逡逑說結構相對簡單，，易安裝，但在處于運行狀態(tài)時的渦流損耗比冷絕緣大很多。逡逑高溫超導電纜還可以根據(jù)骨架的構成分為兩類，兩種結構的超導電纜如圖１－２逡逑所示。上圖中（ａ）為電纜骨架為銅絞線的單流道型，具有很好的幵性和較強的機逡逑械強度，可以在電纜處于過電流狀態(tài)時分擔故障電流；圖（ｂ）是骨架為液氮流道逡逑及波紋管的雙流道型，提供帶材纏繞基底的同時起到對電纜的冷卻作用，冷卻效逡逑果相比單流道型超導電纜更好。逡逑（ａ）單流道型邐（ｂ）雙流道型逡逑圖１－２單流道和雙流道高溫超導電纜結構示意圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ．邋１－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈａｎｎｅｌ邋ａｎｄ邋ｄｏｕｂｌｅ－ｃｈａｎｎｅｌ邋ＨＴＳ邋ｃａｂｌｅ逡逑高溫超導電纜的結構具體由以下幾部分組成：逡逑（１）
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM249.7

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 諸嘉慧;栗會峰;丘明;李振明;劉偉;來小康;方進;袁煒嘉;;故障電流沖擊下高溫超導電纜磁 熱耦合特性數(shù)值計算與分析[J];中國電機工程學報;2015年12期

2 王邦柱;戴少濤;滕玉平;;長距離高溫超導直流電纜制冷特性的解析法分析（英文）[J];低溫物理學報;2014年02期

3 王大成;王二利;羅小平;;波紋管結構參數(shù)對傳熱性能影響[J];石油化工設備;2014年01期

4 趙翔;胡南南;王達達;曹昆南;宋萌;鄧嘉翕;任麗;蘇路順;;高溫超導帶材臨界電流各向異性的試驗研究[J];低溫與超導;2013年12期

5 王邦柱;戴少濤;張東;滕玉平;高智遠;;長距離室溫絕緣超導直流電纜的熱損耗分析[J];低溫與超導;2013年11期

6 郭偉;李衛(wèi)國;丘明;栗會峰;諸嘉慧;李振明;張曉穎;馬學良;舒彬;叢光;朱占巍;;單通道冷絕緣高溫超導電纜銅骨架的設計計算[J];低溫與超導;2013年08期

7 栗會峰;諸嘉慧;郭立杰;夏占軍;方進;丘明;陳鑫;周卓楠;馬學良;舒彬;朱占巍;叢光;;不同載流運行下冷絕緣高溫超導電纜的溫度場數(shù)值分析[J];低溫與超導;2012年09期

8 孫鳳玉;張鵬;;波紋管內流動特性的實驗研究[J];工程熱物理學報;2008年10期

9 萬宏強;汪亮;劉揚;姚敏茹;;基于ANSYS的U型波紋管參數(shù)計算與分析[J];西安工業(yè)大學學報;2008年02期

10 龍劍杰;;數(shù)值模擬低矮房屋風壓中湍流模型的比較[J];山西建筑;2007年28期

相關碩士學位論文 前6條

1 胡玉祥;地鐵車站出入口的風壓通風特性研究[D];重慶大學;2018年

2 崔亞林;液氫環(huán)境下超導電纜結構設計與性能分析研究[D];北京交通大學;2017年

3 鄭志強;冷絕緣高溫超導電纜中間連接裝置的設計[D];華北電力大學;2013年

4 王亞森;3kA單流道冷絕緣YBCO超導電纜電-熱穩(wěn)定性研究[D];華中科技大學;2013年

5 逯文佳;高溫超導體穩(wěn)定性分析與交流損耗的研究[D];北京交通大學;2012年

6 孫鳳玉;波紋管和毛細管內液氮流動和換熱特性研究[D];上海交通大學;2008年

本文編號：2625561